WO2024120762A1 - Method and system for cooling a user fluid stream - Google Patents

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WO2024120762A1
WO2024120762A1 PCT/EP2023/081680 EP2023081680W WO2024120762A1 WO 2024120762 A1 WO2024120762 A1 WO 2024120762A1 EP 2023081680 W EP2023081680 W EP 2023081680W WO 2024120762 A1 WO2024120762 A1 WO 2024120762A1
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fluid
cooling
user
cooling exchanger
flow
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PCT/EP2023/081680
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Cécile GONDRAND
Fabien Durand
Jean-Marc Bernhardt
Original Assignee
L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/34—Details about subcooling of liquids

Definitions

  • the invention relates to a method and an installation for cooling a flow of user fluid.
  • the invention relates more particularly to a method of cooling a flow of user fluid, in particular liquefied natural gas, the method using an installation comprising a cryogenic refrigerator, that is to say operating at a temperature between minus 100 degrees centigrade and minus 273 degrees centigrade, the cryogenic refrigerator being of the cycle fluid type and comprising a working circuit forming a loop and containing the cycle fluid, the refrigerator comprising a cooling exchanger and being configured to produce a determined cold power used for extracting heat from the user fluid flow by heat exchange with the cycle fluid circulating in the working circuit, the working circuit forming a cycle comprising: a mechanism for compressing the cycle fluid, a mechanism for cooling the fluid cycle, a cycle fluid expansion mechanism and a cycle fluid heating mechanism, the installation comprising at least one user fluid reservoir, a circulation pipe for said user fluid flow taken from at least one reservoir to be placed in heat exchange with the cooling exchanger of the refrigerator before being reinjected into at least one tank, the method comprising a step of determined lowering of the temperature of the flow of user
  • the invention may relate in particular to processes and installations for refrigerating or keeping liquefied natural gas cold on boats called LNG tankers.
  • the subcooling and/or liquefaction of the evaporations of a liquefied cryogenic fluid in a storage is generally carried out thanks to the transfer of cold power from a refrigerator to the cryogenic liquid (by thermal exchange with a view to subcooling the latter ).
  • the cooled fluid is then returned to the storage where it was taken (or a neighboring storage). In other configurations it is the vaporized gas which is reliquefied.
  • the cryogenic fluid to be cooled to a specific temperature is not necessarily a pure compound and can be in the form of a mixture, in particular of more or less heavy hydrocarbons having different solidification temperatures.
  • some of the components of the mixture may be solidified during subcooling. These solid particles can clog the refrigerator exchanger and thus degrade the performance of the installation. In particular, this clogging can generate operating changes in the refrigerator's working circuit when the latter is finely regulated.
  • a known solution consists of temporarily reducing or eliminating the cold power supplied by the refrigerator (see for example FR3099816A1, FR3099817A1, FR3099818A1).
  • An aim of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of the prior art noted above.
  • the method according to the invention is essentially characterized in that the step of reducing the lowering of the temperature is carried out by increasing the flow rate and/or temperature of the user fluid flow admitted to circulate in the cooling exchanger.
  • the invention also relates to an installation for cooling and/or liquefying a flow of user fluid, in particular liquefied natural gas, comprising a cryogenic refrigerator, that is to say operating at a temperature of between minus 100 degrees centigrade. and minus 273 degrees centigrade, the cryogenic refrigerator being of the cycle fluid type and comprising a working circuit forming a loop and containing the cycle fluid, the refrigerator comprising a cooling exchanger and being configured to produce a determined cold power used for extracting heat from the user fluid flow by heat exchange with the cycle fluid circulating in the working circuit, the working circuit forming a cycle comprising in series: a mechanism for compressing the cycle fluid, a mechanism for cooling the cycle fluid, a cycle fluid expansion mechanism and a cycle fluid heating mechanism, the installation comprising at least one user fluid reservoir, a circulation pipe configured to guide a flow of user fluid to be cooled from at least one tank towards the cooling exchanger of the refrigerator for heat exchange, the installation being configured to achieve a determined lowering of the temperature of the flow of user fluid in
  • the invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the characteristics above or below within the scope of the claims.
  • FIG. 1 is a schematic and partial view illustrating an example of structure and operation of an example of installation according to the invention
  • FIG. 1 is a schematic and partial view illustrating another example of structure and operation of an example of installation according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic and partial view of a detail of the installation illustrating an example of arrangement of heat exchangers of the installation according to the invention
  • FIG. 1 is a schematic and partial view of a detail of the installation illustrating an example of arrangement of fouling detection in a heat exchanger of the installation according to the invention
  • FIG. 1 is a schematic view illustrating an example of variation in the cold power produced by the refrigerator, thermal losses and the cold power supplied by the installation as a function of the flow rate of the installation pump,
  • the installation 100 for cooling and/or liquefying a flow of user fluid is for example intended to cool and/or sub-cool and/or liquefy natural gas from one or more tanks 5, for example on a boat .
  • the installation 100 includes a cryogenic refrigerator 1, that is to say a machine producing cold at a temperature between minus 100 degrees centigrade and minus 273 degrees centigrade.
  • the cryogenic refrigerator 1 is of the cycle fluid type and comprises a working circuit 10 forming a loop and containing the cycle fluid.
  • the working circuit 10 is configured to subject the cycle fluid to a thermodynamic cycle bringing this cycle fluid to a cryogenic temperature at at least one cold end of the circuit and which is used to transfer cold power to an application to be cooled.
  • the thermodynamic cycle is the Brayton cycle.
  • the cycle fluid includes at least one of: helium, hydrogen, nitrogen, argon, etc.
  • the refrigerator 1 comprises a cooling exchanger 8 and the refrigerator 1 is configured to produce a determined cold power used to extract heat from the user fluid flow by heat exchange with the cycle fluid circulating in the circuit 10 working (by heat exchange in the cooling exchanger 8).
  • the working circuit 10 forms a cycle comprising: a mechanism 2 for compressing the cycle fluid (comprising for example one or more compressors in parallel and/or in series), a mechanism 3 for cooling the cycle fluid (for example one or more several heat exchangers in parallel and/or in series), a mechanism 4 for expanding the cycle fluid (for example one or more turbines and/or valves in series and/or in parallel) and a mechanism 8, 3 for heating the cycle fluid (for example one or more heat exchangers in parallel and/or series).
  • the compression mechanism 2, the cooling mechanism 3, the expansion mechanism 4 and the mechanism 8, 3 for heating the cycle fluid are arranged in series in the working circuit.
  • the mechanisms for heating and cooling the cycle fluid may include at least one counter-current heat exchanger ensuring heat exchange between two portions of cycle circuit 10.
  • the cooling exchanger 8 be attached to a heat exchanger 3 of the cycle circuit 10.
  • the compressor(s) can be driven by at least one motor 12, for example electric.
  • the turbine 7 (or at least one of the turbines 7) can be mounted on the same shaft 15 of the engine as the compressor 15 (motor-turbo-compressor).
  • the installation 100 comprises at least one reservoir 5 of user fluid (two in the example illustrated), a circulation pipe 6 configured to take a flow of user fluid from at least one reservoir 5 towards the refrigerator cooling exchanger 8 1 for heat exchange.
  • the user fluid is for example pumped via at least one pump 7 which can be housed in the tank 5.
  • the flow of user fluid is cooled in the cooling exchanger 8 before being returned to at least one tank 5 of the installation 100 .
  • the installation 100 is preferably configured to achieve a determined lowering of the temperature of the user fluid.
  • the installation 100 includes a system for detecting possible clogging of the cooling exchanger 8 caused by solidification (frost) of user fluid components in the cooling exchanger 8.
  • This detection or determination of clogging can be carried out by at least one of the following measures: detection of an increase in the pressure loss in the passage of the cooling exchanger 8 provided for user fluid, detection the increase in the pinch of the cooling exchanger 8, that is to say an increase in the temperature differential between the relatively hot and cold passages of a fluid in the cooling exchanger 8. Increasing the pinch reduces the exchange surface between the cold cycle fluid and the user fluid to be cooled.
  • the detection system may include a set of sensor(s) 11 for measuring a pressure differential of the flow of user fluid between the inlet and outlet of the cooling exchanger 8.
  • the measured pressure differential can highlight a pressure loss in the cooling exchanger 8 caused by clogging by solidification of compounds in the exchanger. For example, this pressure differential or this measured pressure loss is compared to a determined threshold.
  • the detection system may include a flow sensor 13 (flow meter for example) of the flow of user fluid circulating in the cooling exchanger 8. When the measured flow rate falls below a threshold this can characterize clogging of the cooling exchanger 8.
  • a flow sensor 13 flow meter for example
  • the detection system may comprise a set of sensors 9 for measuring the temperature of at least one of the fluid flows entering and leaving the cooling exchanger 8 to determine its pinch.
  • the pinch that is to say the temperature differential between the passages of a relatively hot and cold fluid of the cooling exchanger 8 is a parameter which can also characterize clogging of the exchanger 8 of cooling.
  • the installation 100 is preferably configured so that the temperature differential of the user fluid flow between the inlet and the outlet of the cooling exchanger 8 is equal or substantially equal to the temperature differential of the fluid cycle between the inlet and outlet of this same cooling exchanger 8.
  • a determined threshold characterizes such fouling.
  • This can be measured or detected for example by a set of sensors, for example two sensors 9, measuring the temperature differential between the inlet and the outlet of one of the flows passing through the cooling exchanger 8.
  • a pinch drift can be characterized by measuring an abnormal variation over time in the temperature differential of the cycle fluid entering and leaving the cooling exchanger 8.
  • This pinch can also be controlled/measured by measuring the temperature differential between the inlet and the outlet an abnormal variation over time of the temperature differential of the user fluid entering and leaving the cooling exchanger 8 (two temperature sensors 9 appropriate for example).
  • four temperature sensors 9 to measure at the inputs and outputs of the two fluid flows (cycle fluid and user fluid).
  • the installation is configured (preferably automatically) to reduce the reduction in the temperature of the user fluid flow in the cooling exchanger 8.
  • This reduction in the lowering of the temperature is achieved by increasing the flow rate and/or the temperature of the flow of user fluid admitted to circulate in the cooling exchanger 8. That is to say, to purge this clogging (resorb the solidification of material in the cooling exchanger 8), rather than reducing the cold power supplied by the refrigerator at the level of the cooling exchanger 8, the installation acts on the contrary on the flow of user fluid (although a reduction in the cold power supplied by the refrigerator could also possibly be considered in addition).
  • the user fluid By at least temporarily increasing this flow rate of user fluid in the cooling exchanger 8 (with an unchanged or slightly reduced cold power), the user fluid will be less cooled and the temperature in the cooling exchanger 8 will be increased and will liquefy the solid parts.
  • this purge can be activated when at least one of the clogging detection systems detects clogging.
  • the installation 100 thus comprises at least one member 7, 14 for regulating the flow rate and/or the temperature of the flow of user fluid admitted to circulate in the cooling exchanger 8 making it possible to purge the exchanger 8 in the event of clogging.
  • the cycle fluid expansion mechanism 4 typically comprises a set of expansion turbine(s) including at least one coldest turbine 4 which expands and cools the cycle fluid before passing through the cooling exchanger 8.
  • the installation 100 is preferably configured to maintain the temperature differential of the user fluid flow between the inlet and the outlet the cooling exchanger 8 equal to the temperature differential of the cycle fluid between the inlet and the outlet of the coldest turbine 4. That is to say that the cooling of the user fluid corresponds to the cooling of the cycle fluid operated by the coldest turbine (corresponds approximately to a few degrees).
  • the installation 100 comprises a control device configured to lower the temperature differential of the flow of user fluid between the inlet and the outlet of the cooling exchanger 8 below the temperature differential of the cycle fluid between the inlet and outlet of the coldest turbine 4. That is to say that the flow of user fluid is relatively less cooled in the cooling exchanger 8 than the cycle fluid at the terminals of the coldest turbine 4.
  • the installation may include a set of sensor(s) 16 measuring the temperature differential of the cycle fluid between the inlet and the outlet of the coldest turbine 7.
  • the flow of user fluid is circulated in the cooling exchanger 8, for example by at least one pump 7.
  • the reduction in the determined lowering of the temperature of the flow of user fluid in the cooling exchanger 8 (c' that is to say its relative heating) can be achieved by increasing the flow rate of user fluid admitted to circulate in the cooling exchanger 8 by increasing the flow rate of the pump 7.
  • this can be obtained by increasing the number of pumps 7 used for circulating the user fluid in the cooling exchanger 8.
  • the installation 100 comprises two pumps connected in parallel and pumping respectively into two separate tanks 5.
  • Increasing the flow rate of liquefied gas to be cooled can be achieved by operating at least a second pump, which was not operating in the nominal or normal mode.
  • the pressure differential of the user fluid across the cooling exchanger 8 can for example be of the order of 15 degrees (i.e. cooling of fifteen degrees).
  • Certain user fluids, particularly certain sources of liquefied natural gas, may have a higher than average level of heavy carbon compounds. These compounds are likely to solidify in the exchanger during this (sub)cooling.
  • the cold source (refrigerator 1) can be connected to two tanks 5 but supplied with a single pump 7 from one of the tanks 5.
  • the flow rate of user fluid to be cooled can be increased to reduce this cooling (reduction of the temperature differential). This leads to an increase in heat losses due to pump 7.
  • the flow rate of user fluid to be cooled can be increased by switching on or using an additional pump 7.
  • the cooling exchanger 8 can be supplied temporarily via the two pumps 7 (preferably pumping into different tanks 5).
  • the sub-cooling is halved (at comparable cold power). This reduces and ensures the defrosting of heavy solid compounds in the cooling exchanger 8.
  • the installation can use particular control of the pump(s) 7.
  • the pump 7 can be controlled by an electronic control member, for example a frequency variator which controls the motor. the pump (and thus controls its speed or flow rate supplied).
  • pump 7 In nominal mode (normal unclogged operation) pump 7 can be controlled so as to operate at a flow rate lower than its maximum flow rate.
  • the installation 100 can be configured so that the pump increases its flow rate (for example the frequency variator increases its flow rate).
  • the flow rate of the pump 7 can be adjusted so that the temperature differential of the user fluid at the terminals (inlet/outlet) of the cooling exchanger 8 is equal or substantially equal to the differential of temperature at the terminals of the coldest turbine 4. That is to say that the cooling of the user fluid corresponds to the cooling of the cycle fluid at the terminals of this expansion turbine 7.
  • this flow rate of the pump 7 is preferably chosen at the lowest value (among the possible flow rates of the pump 7) which achieves this balance of temperature differentials (while retaining the cold power of the refrigerator 1). That is to say that the flow rate of the pump 7 can be regulated to ensure that the temperature differential of the user fluid to be cooled between the inlet and the outlet of the cooling exchanger 8 is equal (within a few degrees the where applicable) to the temperature differential of the cycle fluid between the inlet and outlet of the coldest turbine 7 of the refrigerator 1. And preferably this flow rate of the pump 7 chosen is the lowest flow rate which achieves this equality.
  • the useful cold power PU (which is actually supplied to the user fluid) is the difference between the cold power generated by the refrigerator PF and the losses linked to the equipment which connects the refrigerator to the user fluid of tank 5 (pump, lines, etc.).
  • the thermal losses of the pump 7 are generally proportional to the flow rate D of pumped fluid.
  • setting the pumped flow rate to a minimum makes it possible to maximize the available cooling power (cf. ).
  • the installation 1 could be configured to use a flow rate of cycle fluid from the pump 7 which is always greater than the most energy efficient flow rate. That is to say that the flow rate of the pump 7 is always increased to avoid excessive cooling of the user fluid and thus prevent (avoid) icing of compounds in the cooling exchanger 8.
  • the flow rate of user fluid to be cooled could be maintained such that the temperature differential of this user fluid between the inlet and outlet of the cooling exchanger 8 always remains lower than the temperature differential of the cycle fluid between the the inlet and outlet of the coldest turbine 7.
  • the advantage of controlling the flow rate of user fluid circulating in the cooling exchanger 8 instead of controlling the cold power supplied by the refrigerator makes it possible to maintain the latter constant. This allows very simple regulation having an impact only on the flow rate of the user fluid to be cooled. This makes it possible to optimize efficiency in cases where the cooling exchanger 8 may become clogged by freezing of soluble compounds.
  • the installation may include an electronic member 14, for example a controller, comprising a microprocessor configured to carry out all or part of the regulations (flow rate and/or temperature of the user fluid flow).
  • the electronic component 14 can receive measurements from all or part of the sensors (temperature, pressure, flow rate, etc.) and control the pump 7 or any other component of the installation 100.

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Abstract

The invention relates to a method and a system for cooling a user fluid stream using a system that comprises a cryocooler (1) comprising a cooling exchanger (8), which cryocooler is configured to produce a given cold power used to extract heat from the user fluid stream by exchanging heat with a cycle fluid circulating in the working circuit (10), the method comprising a step of lowering, by a given amount, the temperature of the user fluid stream in the cooling exchanger (8), the method comprising a step of detecting any potential fouling of the cooling exchanger (8) due to the solidification of user fluid components in the cooling exchanger (8) and, if such fouling is detected, a step of reducing the lowering of the temperature of the user fluid stream in the cooling exchanger (8), the step of reducing the lowering of the temperature being carried out by increasing the flow rate and/or the temperature of the user fluid stream allowed to circulate in the cooling exchanger (8)

Description

Procédé et installation de refroidissement d'un flux de fluide utilisateurMethod and installation for cooling a flow of user fluid
L’invention concerne un procédé et une installation de refroidissement d'un flux de fluide utilisateur.The invention relates to a method and an installation for cooling a flow of user fluid.
L’invention concerne plus particulièrement un procédé de refroidissement d'un flux de fluide utilisateur, notamment du gaz naturel liquéfié, le procédé utilisant une installation comprenant un réfrigérateur cryogénique, c'est-à-dire opérant à une température comprise entre moins 100 degrés centigrade et moins 273 degrés centigrade, le réfrigérateur cryogénique étant du type à fluide de cycle et comprenant un circuit de travail formant une boucle et contenant le fluide de cycle, le réfrigérateur comprenant un échangeur de refroidissement et étant configuré pour produire une puissance froide déterminée utilisée pour extraire de la chaleur au flux de fluide utilisateur par échange de chaleur avec le fluide de cycle circulant dans le circuit de travail, le circuit de travail formant un cycle comprenant: un mécanisme de compression du fluide de cycle, un mécanisme de refroidissement du fluide de cycle, un mécanisme de détente du fluide de cycle et un mécanisme de réchauffement du fluide de cycle, l'installation comprenant au moins un réservoir de fluide utilisateur, une conduite de circulation dudit flux de fluide utilisateur prélevé du au moins un réservoir pour être mis en échange thermique avec l'échangeur de refroidissement du réfrigérateur avant d’être réinjecté dans au moins un réservoir, le procédé comprenant une étape d’abaissement déterminé de la température du flux de fluide utilisateur dans l'échangeur de refroidissement, le procédé comprenant une étape de détection d’un éventuel encrassement de l’échangeur de refroidissement provoqué par une solidification de composants de fluide utilisateur dans l’échangeur de refroidissement et, en cas de détection d’un tel encrassement, une étape de diminution de l’abaissement de la température du flux de fluide utilisateur dans l'échangeur de refroidissement.The invention relates more particularly to a method of cooling a flow of user fluid, in particular liquefied natural gas, the method using an installation comprising a cryogenic refrigerator, that is to say operating at a temperature between minus 100 degrees centigrade and minus 273 degrees centigrade, the cryogenic refrigerator being of the cycle fluid type and comprising a working circuit forming a loop and containing the cycle fluid, the refrigerator comprising a cooling exchanger and being configured to produce a determined cold power used for extracting heat from the user fluid flow by heat exchange with the cycle fluid circulating in the working circuit, the working circuit forming a cycle comprising: a mechanism for compressing the cycle fluid, a mechanism for cooling the fluid cycle, a cycle fluid expansion mechanism and a cycle fluid heating mechanism, the installation comprising at least one user fluid reservoir, a circulation pipe for said user fluid flow taken from at least one reservoir to be placed in heat exchange with the cooling exchanger of the refrigerator before being reinjected into at least one tank, the method comprising a step of determined lowering of the temperature of the flow of user fluid in the cooling exchanger, the method comprising a step of detecting possible clogging of the cooling exchanger caused by solidification of user fluid components in the cooling exchanger and, in the event of detection of such clogging, a step of reducing the reduction of the temperature of the user fluid flow in the cooling exchanger.
L’invention peut concerner en particulier les procédés et installation de réfrigération ou de maintien en froid de gaz naturel liquéfié sur des bateaux appelés méthaniers.The invention may relate in particular to processes and installations for refrigerating or keeping liquefied natural gas cold on boats called LNG tankers.
Le sous-refroidissement et/ou la liquéfaction des évaporations d’un fluide cryogénique liquéfié dans un stockage est généralement effectuée grâce au transfert de puissance froide d’un réfrigérateur vers le liquide cryogénique (par échange thermique en vue du sous-refroidissement de ce dernier). Le fluide refroidi est ensuite renvoyé dans le stockage où il a été prélevé (ou un stockage voisin). Dans d’autre configurations c’est le gaz vaporisé qui est reliquéfié.The subcooling and/or liquefaction of the evaporations of a liquefied cryogenic fluid in a storage is generally carried out thanks to the transfer of cold power from a refrigerator to the cryogenic liquid (by thermal exchange with a view to subcooling the latter ). The cooled fluid is then returned to the storage where it was taken (or a neighboring storage). In other configurations it is the vaporized gas which is reliquefied.
Le fluide cryogénique à refroidir à une température déterminée n’est pas nécessairement un composé pur et peut être sous-forme de mélange notamment d’hydrocarbures plus ou moins lourds ayant des températures de solidification différentes. Ainsi, certains des composants du mélange peuvent être solidifiés au cours du sous-refroidissement. Ces particules solides peuvent encrasser l'échangeur du réfrigérateur et ainsi dégrader les performances de l’installation. En particulier, cet encrassement peut générer des modifications de fonctionnement dans le circuit de travail du réfrigérateur lorsque ce dernier est régulé finement.The cryogenic fluid to be cooled to a specific temperature is not necessarily a pure compound and can be in the form of a mixture, in particular of more or less heavy hydrocarbons having different solidification temperatures. Thus, some of the components of the mixture may be solidified during subcooling. These solid particles can clog the refrigerator exchanger and thus degrade the performance of the installation. In particular, this clogging can generate operating changes in the refrigerator's working circuit when the latter is finely regulated.
Une solution connue consiste à diminuer ou supprimer temporairement la puissance froide fournie par le réfrigérateur (cf. par exemple FR3099816A1, FR3099817A1, FR3099818A1).A known solution consists of temporarily reducing or eliminating the cold power supplied by the refrigerator (see for example FR3099816A1, FR3099817A1, FR3099818A1).
Ces solutions satisfaisantes ont cependant l’inconvénient de nuire à l’efficacité énergétique du réfrigérateur.These satisfactory solutions, however, have the disadvantage of harming the energy efficiency of the refrigerator.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus.An aim of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of the prior art noted above.
A cette fin, le procédé selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que l’étape de diminution de l’abaissement de la température est réalisée en augmentant le débit et/ou la température du flux de fluide utilisateur admis à circuler dans l’échangeur de refroidissement.To this end, the method according to the invention, moreover conforming to the generic definition given in the preamble above, is essentially characterized in that the step of reducing the lowering of the temperature is carried out by increasing the flow rate and/or temperature of the user fluid flow admitted to circulate in the cooling exchanger.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
  • lors de l’étape de diminution de l’abaissement de la température, la puissance froide produite par le réfrigérateur cryogénique et fournie à l’échangeur de refroidissement est maintenue constante,
  • lors de l’étape de diminution de l’abaissement de la température, la puissance froide produite par le réfrigérateur cryogénique et fournie à l’échangeur de refroidissement est réduite d’un niveau déterminé, cette réduction contribuant à la diminution de l’abaissement de la température du flux de fluide dans l’échangeur de refroidissement,
  • le mécanisme de détente du fluide de cycle comprend une ou plusieurs turbine(s) de détente dont une turbine la plus froide qui détend et refroidit le fluide de cycle avant son passage dans l’échangeur de refroidissement, dans lequel, avant l’étape de diminution de l’abaissement de la température, le différentiel de température du flux de fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie l’échangeur de refroidissement est égal ou sensiblement égal au différentiel de température du fluide de cycle entre l’entrée et la sortie de la turbine la plus froide, et en ce que, pendant l’étape de diminution de l’abaissement de la température, le différentiel de température du flux de fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie l’échangeur de refroidissement est diminué et est inférieur au différentiel de température du fluide de cycle entre l’entrée et la sortie de la turbine la plus froide,
  • le flux de fluide utilisateur est mis en circulation dans l'échangeur de refroidissement par au moins une pompe, l’étape de diminution de l’abaissement déterminé de la température du flux de fluide utilisateur étant réalisée en augmentant le débit de fluide utilisateur admis à circuler dans l’échangeur de refroidissement en augmentant le débit de la pompe et/ou en augmentant le nombre de pompes utilisées pour la mise en circulation du fluide utilisateur dans l’échangeur de refroidissement,
  • l’étape d’abaissement déterminé de la température du flux de fluide utilisateur est réalisée en augmentant le débit de fluide utilisateur admis à circuler dans l’échangeur de refroidissement en augmentant le nombre de pompes utilisées pour la mise en circulation du fluide utilisateur dans l’échangeur de refroidissement, le procédé comprenant une étape de pompage de fluide utilisateur dans deux réservoirs distincts de fluide utilisateur via des pompes distinctes respectives, le fluide utilisateur refroidi dans l’échangeur de refroidissement étant renvoyé dans l’un au moins des réservoirs une détection d’une baisse de débit en dessous d’un seuil dans le passage de l’échangeur de refroidissement prévu pour de fluide utilisateur,
  • l’étape de détection d’un éventuel encrassement de l’échangeur de refroidissement comprend au moins l’un parmi : une détection d’une augmentation de la perte de charge dans le passage de l’échangeur de refroidissement prévu pour de fluide utilisateur, une détection de l’augmentation du pincement de l’échangeur de refroidissement, c’est-à-dire une augmentation du différentiel de température entre les passages relativement chaud et froid d’au moins un fluide dans l’échangeur de refroidissement,
  • l’étape de détection d’un éventuel encrassement de l’échangeur de refroidissement utilise au moins un ensemble de capteur(s) parmi : un ensemble de capteur(s) de mesure de la température d’au moins un flux de fluide entre l’entrée et la sortie de l’échangeur de refroidissement, un ensemble de capteur(s) de mesure d’un différentiel de pression du flux de fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie de l’échangeur de refroidissement, un ensemble de capteur(s) de mesure du débit du flux de fluide utilisateur dans l’échangeur de refroidissement.
Furthermore, embodiments of the invention may include one or more of the following characteristics:
  • during the step of reducing the lowering of the temperature, the cold power produced by the cryogenic refrigerator and supplied to the cooling exchanger is kept constant,
  • during the step of reducing the lowering of the temperature, the cold power produced by the cryogenic refrigerator and supplied to the cooling exchanger is reduced by a determined level, this reduction contributing to the reduction of the lowering of the temperature. the temperature of the fluid flow in the cooling exchanger,
  • the cycle fluid expansion mechanism comprises one or more expansion turbine(s) including a coldest turbine which expands and cools the cycle fluid before its passage into the cooling exchanger, in which, before the step of reduction in the reduction in temperature, the temperature differential of the user fluid flow between the inlet and the outlet of the cooling exchanger is equal or substantially equal to the temperature differential of the cycle fluid between the inlet and the outlet of the coldest turbine, and in that, during the step of reducing the lowering of the temperature, the temperature differential of the user fluid flow between the inlet and the outlet of the cooling exchanger is reduced and is lower than the temperature differential of the cycle fluid between the inlet and outlet of the coldest turbine,
  • the user fluid flow is circulated in the cooling exchanger by at least one pump, the step of reducing the determined lowering of the temperature of the user fluid flow being carried out by increasing the flow rate of user fluid admitted to circulate in the cooling exchanger by increasing the flow rate of the pump and/or by increasing the number of pumps used for circulating the user fluid in the cooling exchanger,
  • the step of determined lowering of the temperature of the user fluid flow is carried out by increasing the flow rate of user fluid allowed to circulate in the cooling exchanger by increasing the number of pumps used for circulating the user fluid in the cooling exchanger, the method comprising a step of pumping user fluid into two separate reservoirs of user fluid via respective separate pumps, the user fluid cooled in the cooling exchanger being returned to at least one of the reservoirs, detection a drop in flow rate below a threshold in the passage of the cooling exchanger provided for user fluid,
  • the step of detecting possible clogging of the cooling exchanger comprises at least one of: detection of an increase in the pressure loss in the passage of the cooling exchanger intended for user fluid, a detection of the increase in the pinch of the cooling exchanger, that is to say an increase in the temperature differential between the relatively hot and cold passages of at least one fluid in the cooling exchanger,
  • the step of detecting possible clogging of the cooling exchanger uses at least one set of sensor(s) among: a set of sensor(s) for measuring the temperature of at least one flow of fluid between the inlet and outlet of the cooling exchanger, a set of sensor(s) for measuring a pressure differential of the flow of user fluid between the inlet and outlet of the cooling exchanger, a set of sensors (s) measuring the flow rate of the user fluid flow in the cooling exchanger.
L’invention concerne également une installation de refroidissement et/ou de liquéfaction d'un flux de fluide utilisateur, notamment du gaz naturel liquéfié, comprenant un réfrigérateur cryogénique, c'est-à-dire fonctionnant à une température comprise entre moins 100 degrés centigrade et moins 273 degrés centigrade, le réfrigérateur cryogénique étant du type à fluide de cycle et comprenant un circuit de travail formant une boucle et contenant le fluide de cycle, le réfrigérateur comprenant un échangeur de refroidissement et étant configuré pour produire une puissance froide déterminée utilisée pour extraire de la chaleur au flux de fluide utilisateur par échange de chaleur avec le fluide de cycle circulant dans le circuit de travail, le circuit de travail formant un cycle comprenant en série: un mécanisme de compression du fluide de cycle, un mécanisme de refroidissement du fluide de cycle, un mécanisme de détente du fluide de cycle et un mécanisme de réchauffement du fluide de cycle, l'installation comprenant au moins un réservoir de fluide utilisateur, une conduite de circulation configurée pour guider un flux de fluide utilisateur à refroidir d’au moins un réservoir vers l'échangeur de refroidissement du réfrigérateur en vue d’un échange thermique, l’installation étant configurée pour réaliser un abaissement déterminé de la température du flux de fluide utilisateur dans l'échangeur de refroidissement avant son renvoi dans au moins un réservoir, l’installation comprenant un système de détection d’un éventuel encrassement de l’échangeur de refroidissement provoqué par une solidification de composants de fluide utilisateur dans l’échangeur de refroidissement et un dispositif de contrôle du niveau d’abaissement de la température du flux de fluide utilisateur dans l'échangeur de refroidissement, le dispositif de contrôle étant configuré pour permettre une diminution de l’abaissement de la température en cas de détection d’un tel encrassement, le dispositif de contrôle comprenant un organe de régulation du débit et/ou la température du flux de fluide utilisateur admis à circuler dans l’échangeur de refroidissement.The invention also relates to an installation for cooling and/or liquefying a flow of user fluid, in particular liquefied natural gas, comprising a cryogenic refrigerator, that is to say operating at a temperature of between minus 100 degrees centigrade. and minus 273 degrees centigrade, the cryogenic refrigerator being of the cycle fluid type and comprising a working circuit forming a loop and containing the cycle fluid, the refrigerator comprising a cooling exchanger and being configured to produce a determined cold power used for extracting heat from the user fluid flow by heat exchange with the cycle fluid circulating in the working circuit, the working circuit forming a cycle comprising in series: a mechanism for compressing the cycle fluid, a mechanism for cooling the cycle fluid, a cycle fluid expansion mechanism and a cycle fluid heating mechanism, the installation comprising at least one user fluid reservoir, a circulation pipe configured to guide a flow of user fluid to be cooled from at least one tank towards the cooling exchanger of the refrigerator for heat exchange, the installation being configured to achieve a determined lowering of the temperature of the flow of user fluid in the cooling exchanger before returning it to at least a tank, the installation comprising a system for detecting possible clogging of the cooling exchanger caused by solidification of user fluid components in the cooling exchanger and a device for controlling the level of temperature reduction of the flow of user fluid in the cooling exchanger, the control device being configured to allow a reduction in the lowering of the temperature in the event of detection of such clogging, the control device comprising a flow regulation member and/or the temperature of the user fluid flow admitted to circulate in the cooling exchanger.
Selon d’autres particularités possibles :
  • le mécanisme de détente du fluide de cycle comprend un ensemble de turbine(s) de détente dont une turbine la plus froide qui détend et refroidit le fluide de cycle avant son passage dans l’échangeur de refroidissement, l’installation étant configurée, en cas d’absence d’encrassement de l’échangeur de refroidissement, pour maintenir le différentiel de température du flux de fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie l’échangeur de refroidissement égal au différentiel de température du fluide de cycle entre l’entrée et la sortie de la turbine la plus froide, en cas d’encrassement de l’échangeur de refroidissement, le dispositif de contrôle est configuré pour abaisser le différentiel de température du flux de fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie l’échangeur de refroidissement en dessous du différentiel de température du fluide de cycle entre l’entrée et la sortie de la turbine la plus froide,
  • l’installation comporte au moins une pompe configurée pour envoyer un flux de fluide utilisateur à refroidir d’au moins un réservoir vers l'échangeur de refroidissement du réfrigérateur en vue d’un échange thermique, l’organe de régulation du débit et/ou la température du flux de fluide utilisateur admis à circuler dans l’échangeur de refroidissement étant configuré pour augmenter le débit de la ou d’au moins une pompe et/ou pour mettre en marche au moins une pompe supplémentaire pour augmenter le débit dudit flux,
  • l’installation comporte deux réservoirs distincts de fluide utilisateur et des pompes distinctes respectives,
  • le système de détection d’un éventuel encrassement de l’échangeur de refroidissement comprend au moins un ensemble de capteur(s) parmi : un ensemble de capteur(s) de mesure de la température d’au moins un flux de fluide entre l’entrée et la sortie de l’échangeur de refroidissement, un ensemble de capteur(s) de mesure d’un différentiel de pression du flux de fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie de l’échangeur de refroidissement, un capteur de débit du flux de fluide utilisateur circulant dans l’échangeur de refroidissement.
According to other possible particularities:
  • the cycle fluid expansion mechanism comprises a set of expansion turbine(s) including a coldest turbine which expands and cools the cycle fluid before it passes through the cooling exchanger, the installation being configured, in the event of absence of clogging of the cooling exchanger, to maintain the temperature differential of the user fluid flow between the inlet and the outlet of the cooling exchanger equal to the temperature differential of the cycle fluid between the inlet and the outlet of the coldest turbine, in the event of clogging of the cooling exchanger, the control device is configured to lower the temperature differential of the user fluid flow between the inlet and outlet of the cooling exchanger below the temperature differential of the cycle fluid between the inlet and outlet of the coldest turbine,
  • the installation comprises at least one pump configured to send a flow of user fluid to be cooled from at least one tank towards the cooling exchanger of the refrigerator for heat exchange, the flow regulation member and/or the temperature of the flow of user fluid allowed to circulate in the cooling exchanger being configured to increase the flow rate of the or at least one pump and/or to start at least one additional pump to increase the flow rate of said flow,
  • the installation comprises two separate reservoirs of user fluid and respective separate pumps,
  • the system for detecting possible clogging of the cooling exchanger comprises at least one set of sensor(s) among: a set of sensor(s) for measuring the temperature of at least one flow of fluid between the inlet and outlet of the cooling exchanger, a set of sensor(s) for measuring a pressure differential of the flow of user fluid between the inlet and outlet of the cooling exchanger, a flow sensor of the flow of user fluid circulating in the cooling exchanger.
L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.The invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the characteristics above or below within the scope of the claims.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :Other features and advantages will appear on reading the description below, made with reference to the figures in which:
Brève description des figuresBrief description of the figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example and made with reference to the appended drawings in which:
est une vue schématique et partielle illustrant un exemple de structure et de fonctionnement d’un exemple d’installation selon l’invention, is a schematic and partial view illustrating an example of structure and operation of an example of installation according to the invention,
est une vue schématique et partielle illustrant un autre exemple de structure et de fonctionnement d’un exemple d’installation selon l’invention, is a schematic and partial view illustrating another example of structure and operation of an example of installation according to the invention,
est une vue schématique et partielle d’un détail de l’installation illustrant un exemple d’agencement d’échangeurs de chaleur de l’installation selon l’invention, is a schematic and partial view of a detail of the installation illustrating an example of arrangement of heat exchangers of the installation according to the invention,
est une vue schématique et partielle d’un détail de l’installation illustrant un exemple d’agencement de la détection d’encrassement dans un échangeur de chaleur de l’installation selon l’invention, is a schematic and partial view of a detail of the installation illustrating an example of arrangement of fouling detection in a heat exchanger of the installation according to the invention,
est une vue schématique illustrant un exemple de variation de la puissance froide produite par le réfrigérateur, des pertes thermiques et de la puissance froide fournie par l’installation en fonction du débit de la pompe de l’installation, is a schematic view illustrating an example of variation in the cold power produced by the refrigerator, thermal losses and the cold power supplied by the installation as a function of the flow rate of the installation pump,
Description détailléedetailed description
Sur toutes les figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.In all figures, the same references relate to the same elements.
Dans cette description détaillée, les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, cela ne signifie pas que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.In this detailed description, the following achievements are examples. Although the description refers to one or more embodiments, this does not mean that the features apply only to a single embodiment. Simple features of different embodiments may also be combined and/or interchanged to provide other embodiments.
L’installation 100 de refroidissement et/ou de liquéfaction d'un flux de fluide utilisateur est par exemple prévue pour refroidir et/ou sous-refroidir et/ ou liquéfier du gaz naturel d’un ou plusieurs réservoir 5, par exemple sur un bateau.The installation 100 for cooling and/or liquefying a flow of user fluid is for example intended to cool and/or sub-cool and/or liquefy natural gas from one or more tanks 5, for example on a boat .
L’installation 100 comprenant un réfrigérateur 1 cryogénique, c'est-à-dire une machine produisant du froid à une température comprise entre moins 100 degrés centigrade et moins 273 degrés centigrade. Le réfrigérateur 1 cryogénique est du type à fluide de cycle et comprenant un circuit de travail 10 formant une boucle et contenant le fluide de cycle. Le circuit 10 de travail est configuré pour soumettre le fluide de cycle à un cycle thermodynamique amenant ce fluide de cycle à une température cryogénique à au moins une extrémité froide du circuit et qui est utilisée pour transférer une puissance froide à une application à refroidir. Par exemple, le cycle thermodynamique est le cycle de Brayton. Par exemple, le fluide de cycle comprend au moins l’un parmi : de l’hélium, de l’hydrogène, de l’azote, de l’argon…The installation 100 includes a cryogenic refrigerator 1, that is to say a machine producing cold at a temperature between minus 100 degrees centigrade and minus 273 degrees centigrade. The cryogenic refrigerator 1 is of the cycle fluid type and comprises a working circuit 10 forming a loop and containing the cycle fluid. The working circuit 10 is configured to subject the cycle fluid to a thermodynamic cycle bringing this cycle fluid to a cryogenic temperature at at least one cold end of the circuit and which is used to transfer cold power to an application to be cooled. For example, the thermodynamic cycle is the Brayton cycle. For example, the cycle fluid includes at least one of: helium, hydrogen, nitrogen, argon, etc.
A cet effet, le réfrigérateur 1 comprend un échangeur 8 de refroidissement et le réfrigérateur 1 est configuré pour produire une puissance froide déterminée utilisée pour extraire de la chaleur au flux de fluide utilisateur par échange de chaleur avec le fluide de cycle circulant dans le circuit 10 de travail (par échange thermique dans l’échangeur 8 de refroidissement).For this purpose, the refrigerator 1 comprises a cooling exchanger 8 and the refrigerator 1 is configured to produce a determined cold power used to extract heat from the user fluid flow by heat exchange with the cycle fluid circulating in the circuit 10 working (by heat exchange in the cooling exchanger 8).
Le circuit 10 de travail forme un cycle comprenant: un mécanisme 2 de compression du fluide de cycle (comprenant par exemple un ou plusieurs compresseurs en parallèle et/ou en série), un mécanisme 3 de refroidissement du fluide de cycle (par exemple un ou plusieurs échangeurs de chaleur en parallèle et/ou en série), un mécanisme 4 de détente du fluide de cycle (par exemple une ou plusieurs turbine et/ou vannes en série et/ou en parallèle) et un mécanisme 8, 3 de réchauffement du fluide de cycle (par exemple un ou plusieurs échangeurs de chaleur en parallèle et/ou en série). Par exemple le mécanisme 2 de compression, le mécanisme 3 de refroidissement, le mécanisme 4 de détente et le mécanisme 8, 3 de réchauffement du fluide de cycle sont disposés en série dans le circuit de travail.The working circuit 10 forms a cycle comprising: a mechanism 2 for compressing the cycle fluid (comprising for example one or more compressors in parallel and/or in series), a mechanism 3 for cooling the cycle fluid (for example one or more several heat exchangers in parallel and/or in series), a mechanism 4 for expanding the cycle fluid (for example one or more turbines and/or valves in series and/or in parallel) and a mechanism 8, 3 for heating the cycle fluid (for example one or more heat exchangers in parallel and/or series). For example, the compression mechanism 2, the cooling mechanism 3, the expansion mechanism 4 and the mechanism 8, 3 for heating the cycle fluid are arranged in series in the working circuit.
Comme illustré, les mécanismes de réchauffage et de refroidissement du fluide de cycle peuvent comporter au moins un échangeur de chaleur à contre-courant assurant un échange de chaleur entre deux portions de circuit 10 de cycle. Comme illustré à la , l’échangeur 8 de refroidissement être accolé un échangeur de chaleur 3 du circuit 10 de cycle.As illustrated, the mechanisms for heating and cooling the cycle fluid may include at least one counter-current heat exchanger ensuring heat exchange between two portions of cycle circuit 10. As illustrated in , the cooling exchanger 8 be attached to a heat exchanger 3 of the cycle circuit 10.
Comme schématisé à la , le ou les compresseurs peuvent être entraînés par au moins un moteur 12, par exemple électrique. De plus, comme représenté, la turbine 7 (ou au moins une des turbines 7) peut être montée sur le même arbre 15 du moteur que le compresseur 15 (moto-turbo-compresseur).As schematized in , the compressor(s) can be driven by at least one motor 12, for example electric. In addition, as shown, the turbine 7 (or at least one of the turbines 7) can be mounted on the same shaft 15 of the engine as the compressor 15 (motor-turbo-compressor).
L’installation 100 comprend au moins un réservoir 5 de fluide utilisateur (deux dans l’exemple illustré), une conduite 6 de circulation configurée pour prélever un flux de fluide utilisateur dans au moins un réservoir 5 vers l'échangeur 8 de refroidissement du réfrigérateur 1 en vue d’un échange thermique. Le fluide utilisateur est par exemple pompé via au moins une pompe 7 qui peut être logée dans le réservoir 5. Le flux de fluide utilisateur est refroidi dans l'échangeur 8 de refroidissement avant son renvoi dans au moins un réservoir 5 de l’installation 100.The installation 100 comprises at least one reservoir 5 of user fluid (two in the example illustrated), a circulation pipe 6 configured to take a flow of user fluid from at least one reservoir 5 towards the refrigerator cooling exchanger 8 1 for heat exchange. The user fluid is for example pumped via at least one pump 7 which can be housed in the tank 5. The flow of user fluid is cooled in the cooling exchanger 8 before being returned to at least one tank 5 of the installation 100 .
L’installation 100 est configurée de préférence pour réaliser un abaissement déterminé de la température du fluide utilisateur.The installation 100 is preferably configured to achieve a determined lowering of the temperature of the user fluid.
L’installation 100 comprend un système de détection d’un éventuel encrassement de l’échangeur 8 de refroidissement provoqué par une solidification (givre) de composants de fluide utilisateur dans l’échangeur 8 de refroidissement.The installation 100 includes a system for detecting possible clogging of the cooling exchanger 8 caused by solidification (frost) of user fluid components in the cooling exchanger 8.
Cette détection ou détermination d’un encrassement peut être réalisée par l’une au moins des mesures suivantes : une détection d’une augmentation de la perte de charge dans le passage de l’échangeur 8 de refroidissement prévu pour de fluide utilisateur, une détection de l’augmentation du pincement de l’échangeur 8 de refroidissement, c’est-à-dire une augmentation du différentiel de température entre les passages relativement chaud et froid d’un fluide dans l’échangeur 8 de refroidissement. L’augmentation du pincement réduit la surface d’échange entre le fluide de cycle froid et le fluide utilisateur à refroidir.This detection or determination of clogging can be carried out by at least one of the following measures: detection of an increase in the pressure loss in the passage of the cooling exchanger 8 provided for user fluid, detection the increase in the pinch of the cooling exchanger 8, that is to say an increase in the temperature differential between the relatively hot and cold passages of a fluid in the cooling exchanger 8. Increasing the pinch reduces the exchange surface between the cold cycle fluid and the user fluid to be cooled.
A cet effet, et comme schématisé à la , le système de détection peut comprendre un ensemble de capteur(s) 11 de mesure d’un différentiel de pression du flux de fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie de l’échangeur 8 de refroidissement. Ceci est schématisé également à la . Le différentiel de pression mesuré peut mettre en évidence une perte de charge dans l’échangeur 8 de refroidissement causée par un encrassement par une solidification de composés dans l’échangeur. Par exemple, ce différentiel de pression ou cette perte de charge mesurée est comparée à un seuil déterminé.To this end, and as schematized in , the detection system may include a set of sensor(s) 11 for measuring a pressure differential of the flow of user fluid between the inlet and outlet of the cooling exchanger 8. This is also schematized in . The measured pressure differential can highlight a pressure loss in the cooling exchanger 8 caused by clogging by solidification of compounds in the exchanger. For example, this pressure differential or this measured pressure loss is compared to a determined threshold.
En variante ou en combinaison, le système de détection peut comprendre un capteur 13 de débit (débitmètre par exemple) du flux de fluide utilisateur circulant dans l’échangeur 8 de refroidissement. Lorsque le débit mesuré chute en dessous d’un seuil ceci peut caractériser un encrassement de l’échangeur 8 de refroidissement.Alternatively or in combination, the detection system may include a flow sensor 13 (flow meter for example) of the flow of user fluid circulating in the cooling exchanger 8. When the measured flow rate falls below a threshold this can characterize clogging of the cooling exchanger 8.
En variante ou en combinaison, le système de détection peut comprendre un ensemble de capteurs 9 de mesure de la température d’au moins un des flux de fluide entrant et sortant de l’échangeur 8 de refroidissement pour déterminer son pincement. En effet, le pincement, c’est-à-dire le différentiel de température entre les passages d’un fluide relativement chaud et froid de l’échangeur 8 de refroidissement est un paramètre qui peut également caractériser un encrassement de l’échangeur 8 de refroidissement.Alternatively or in combination, the detection system may comprise a set of sensors 9 for measuring the temperature of at least one of the fluid flows entering and leaving the cooling exchanger 8 to determine its pinch. Indeed, the pinch, that is to say the temperature differential between the passages of a relatively hot and cold fluid of the cooling exchanger 8, is a parameter which can also characterize clogging of the exchanger 8 of cooling.
Dans le cas de fonctionnement normal, l’installation 100 est configurée de préférence pour que le différentiel de température du flux de fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie l’échangeur 8 de refroidissement est égal ou sensiblement égal au différentiel de température du fluide de cycle entre l’entrée et la sortie de ce même échangeur 8 de refroidissement.In the case of normal operation, the installation 100 is preferably configured so that the temperature differential of the user fluid flow between the inlet and the outlet of the cooling exchanger 8 is equal or substantially equal to the temperature differential of the fluid cycle between the inlet and outlet of this same cooling exchanger 8.
En cas d’encrassement de l’échangeur 8 de refroidissement dans le passage pour du flux de fluide utilisateur cet équilibre des débits et l’équilibre thermique est perturbé et modifie le pincement de cet échangeur 8. L’augmentation du pincement au-dessus d’un seuil déterminé caractérise un tel encrassement. Ceci peut être mesuré ou détecté par exemple par un ensemble de capteurs, par exemple deux capteurs 9, mesurant le différentiel de température entre l’entrée et la sortie d’un des flux transitant dans l’échangeur 8 de refroidissement. Par exemple, une dérive du pincement peut être caractérisée en mesurant une variation anormale dans le temps du différentiel de température du fluide de cycle entrant et sortant de l’échangeur 8 de refroidissement. Ce pincement peut être contrôlé/mesuré également en mesurant le différentiel de température entre l’entrée et la sortie une variation anormale dans le temps du différentiel de température du fluide utilisateur entrant et sortant de l’échangeur 8 de refroidissement (deux capteurs 9 de température appropriés par exemple). Bien entendu, il est possible d’envisager quatre capteurs 9 de température pour mesurer au niveau des entrées et sorties des deux flux de fluide (fluide de cycle et fluide utilisateur). In the event of clogging of the cooling exchanger 8 in the passage for the user fluid flow, this balance of flow rates and the thermal balance is disturbed and modifies the pinch of this exchanger 8. The increase in the pinch above A determined threshold characterizes such fouling. This can be measured or detected for example by a set of sensors, for example two sensors 9, measuring the temperature differential between the inlet and the outlet of one of the flows passing through the cooling exchanger 8. For example, a pinch drift can be characterized by measuring an abnormal variation over time in the temperature differential of the cycle fluid entering and leaving the cooling exchanger 8. This pinch can also be controlled/measured by measuring the temperature differential between the inlet and the outlet an abnormal variation over time of the temperature differential of the user fluid entering and leaving the cooling exchanger 8 (two temperature sensors 9 appropriate for example). Of course, it is possible to consider four temperature sensors 9 to measure at the inputs and outputs of the two fluid flows (cycle fluid and user fluid).
Bien entendu tout autre système de détection de l’encrassement peut être envisagé (optique ou autre).Of course any other fouling detection system can be considered (optical or otherwise).
En cas de détection d’un tel encrassement, l’installation est configurée (de préférence automatiquement) pour diminuer l’abaissement de la température du flux de fluide utilisateur dans l'échangeur 8 de refroidissement. Cette diminution de l’abaissement de la température est réalisée en augmentant le débit et/ou la température du flux de fluide utilisateur admis à circuler dans l’échangeur 8 de refroidissement. C’est-à-dire que, pour purger cet encrassement (résorber la solidification de matière dans l’échangeur 8 de refroidissement), plutôt que diminuer la puissance froide fournie par le réfrigérateur au niveau de l’échangeur 8 de refroidissement, l’installation agit au contraire sur le flux de fluide utilisateur (bien qu’une diminution de la puissance froide fournie par le réfrigérateur puisse être envisagée également éventuellement en complément).In the event of detection of such clogging, the installation is configured (preferably automatically) to reduce the reduction in the temperature of the user fluid flow in the cooling exchanger 8. This reduction in the lowering of the temperature is achieved by increasing the flow rate and/or the temperature of the flow of user fluid admitted to circulate in the cooling exchanger 8. That is to say, to purge this clogging (resorb the solidification of material in the cooling exchanger 8), rather than reducing the cold power supplied by the refrigerator at the level of the cooling exchanger 8, the installation acts on the contrary on the flow of user fluid (although a reduction in the cold power supplied by the refrigerator could also possibly be considered in addition).
En augmentant au moins temporairement ce débit de fluide utilisateur dans l’échangeur 8 de refroidissement (avec une puissance froide inchangée ou légèrement diminuée), le fluide utilisateur va être moins refroidi et la température dans l’échangeur 8 de refroidissement va être augmenter et va liquéfier les parties solides.By at least temporarily increasing this flow rate of user fluid in the cooling exchanger 8 (with an unchanged or slightly reduced cold power), the user fluid will be less cooled and the temperature in the cooling exchanger 8 will be increased and will liquefy the solid parts.
Dans le cas où l’installation comprend plusieurs systèmes permettant de détecter un encrassement, cette purge peut être activée quand l’un au moins des systèmes de détection d’un encrassement détecte un encrassement.If the installation includes several systems making it possible to detect clogging, this purge can be activated when at least one of the clogging detection systems detects clogging.
L’installation 100 comprend ainsi au moins un organe 7, 14 de régulation du débit et/ou la température du flux de fluide utilisateur admis à circuler dans l’échangeur 8 de refroidissement permettant de purger l’échangeur 8 en cas d’encrassement.The installation 100 thus comprises at least one member 7, 14 for regulating the flow rate and/or the temperature of the flow of user fluid admitted to circulate in the cooling exchanger 8 making it possible to purge the exchanger 8 in the event of clogging.
Le mécanisme 4 de détente du fluide de cycle comprend typiquement un ensemble de turbine(s) de détente dont au moins une turbine 4 la plus froide qui détend et refroidit le fluide de cycle avant son passage dans l’échangeur 8 de refroidissement.The cycle fluid expansion mechanism 4 typically comprises a set of expansion turbine(s) including at least one coldest turbine 4 which expands and cools the cycle fluid before passing through the cooling exchanger 8.
Dans le cas normal, c’est-à-dire en cas d’absence d’encrassement de l’échangeur (8) de refroidissement, l’installation 100 est de préférence configurée, pour maintenir le différentiel de température du flux de fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie l’échangeur 8 de refroidissement égal au différentiel de température du fluide de cycle entre l’entrée et la sortie de la turbine 4 la plus froide. C’est-à-dire que le refroidissement du fluide utilisateur correspond au refroidissement du fluide de cycle opéré par la turbine la plus froide (correspond sensiblement à quelques degrés près). En revanche, en cas d’encrassement de l’échangeur 8 de refroidissement, l’installation 100 comprend un dispositif de contrôle configuré pour abaisser le différentiel de température du flux de fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie l’échangeur 8 de refroidissement en dessous du différentiel de température du fluide de cycle entre l’entrée et la sortie de la turbine 4 la plus froide. C’est-à-dire que le flux de fluide utilisateur est relativement moins refroidi dans l’échangeur 8 de refroidissement que le fluide de cycle aux bornes de la turbine 4 la plus froide.In the normal case, that is to say in the absence of clogging of the cooling exchanger (8), the installation 100 is preferably configured to maintain the temperature differential of the user fluid flow between the inlet and the outlet the cooling exchanger 8 equal to the temperature differential of the cycle fluid between the inlet and the outlet of the coldest turbine 4. That is to say that the cooling of the user fluid corresponds to the cooling of the cycle fluid operated by the coldest turbine (corresponds approximately to a few degrees). On the other hand, in the event of clogging of the cooling exchanger 8, the installation 100 comprises a control device configured to lower the temperature differential of the flow of user fluid between the inlet and the outlet of the cooling exchanger 8 below the temperature differential of the cycle fluid between the inlet and outlet of the coldest turbine 4. That is to say that the flow of user fluid is relatively less cooled in the cooling exchanger 8 than the cycle fluid at the terminals of the coldest turbine 4.
Comme illustré à la , l’installation peut comprend un ensemble de capteur(s) 16 mesurant le différentiel de température du fluide de cycle entre l’entrée et la sortie de la turbine 7 la plus froide.As illustrated in , the installation may include a set of sensor(s) 16 measuring the temperature differential of the cycle fluid between the inlet and the outlet of the coldest turbine 7.
Le flux de fluide utilisateur est mis en circulation dans l'échangeur 8 de refroidissement par exemple par au moins une pompe 7. La diminution de l’abaissement déterminé de la température du flux de fluide utilisateur dans l’échangeur 8 de refroidissement (c’est-à-dire son réchauffement relatif) peut être réalisée en augmentant le débit de fluide utilisateur admis à circuler dans l’échangeur 8 de refroidissement en augmentant le débit de la pompe 7.The flow of user fluid is circulated in the cooling exchanger 8, for example by at least one pump 7. The reduction in the determined lowering of the temperature of the flow of user fluid in the cooling exchanger 8 (c' that is to say its relative heating) can be achieved by increasing the flow rate of user fluid admitted to circulate in the cooling exchanger 8 by increasing the flow rate of the pump 7.
En variante ou en combinaison, ceci peut être obtenu en augmentant le nombre de pompes 7 utilisées pour la mise en circulation du fluide utilisateur dans l’échangeur 8 de refroidissement.Alternatively or in combination, this can be obtained by increasing the number of pumps 7 used for circulating the user fluid in the cooling exchanger 8.
Ceci est illustré à la dans laquelle l’installation 100 comprend deux pompes raccordées en parallèle et pompant respectivement dans deux réservoirs 5 distincts. L’augmentation du débit de gaz liquéfié à refroidir peut être obtenue en faisant fonctionner au moins une deuxième pompe, qui ne fonctionnait pas dans le mode nominal ou normal.This is illustrated in in which the installation 100 comprises two pumps connected in parallel and pumping respectively into two separate tanks 5. Increasing the flow rate of liquefied gas to be cooled can be achieved by operating at least a second pump, which was not operating in the nominal or normal mode.
En fonctionnement normal, le différentiel de pression du fluide utilisateur aux bornes de l'échangeur 8 de refroidissement peut être par exemple de l'ordre de 15 degrés (c’est-à-dire refroidissement de quinze degrés). Certains fluides utilisateur notamment certaines sources de gaz naturel liquéfié peuvent avoir un taux de composés carbonés lourds plus élevés que la moyenne. Ces composés sont susceptibles de se solidifier dans l'échangeur au cours de ce (sous)refroidissement. In normal operation, the pressure differential of the user fluid across the cooling exchanger 8 can for example be of the order of 15 degrees (i.e. cooling of fifteen degrees). Certain user fluids, particularly certain sources of liquefied natural gas, may have a higher than average level of heavy carbon compounds. These compounds are likely to solidify in the exchanger during this (sub)cooling.
La source froide (réfrigérateur 1) peut être reliée à deux réservoirs 5 mais alimentée avec une seule pompe 7 d'un des réservoirs 5. Le débit de fluide utilisateur à refroidi peut être augmenté pour réduire ce refroidissement (diminution du différentiel de température). Ceci conduit à augmenter les pertes thermiques dues à la pompe 7. The cold source (refrigerator 1) can be connected to two tanks 5 but supplied with a single pump 7 from one of the tanks 5. The flow rate of user fluid to be cooled can be increased to reduce this cooling (reduction of the temperature differential). This leads to an increase in heat losses due to pump 7.
En variante ou en combinaison, en cas d’encrassement, le débit de fluide utilisateur à refroidir peut être augmenté en mettant en marche ou en utilisant une pompe 7 supplémentaire. Ainsi, l’échangeur 8 de refroidissement 8 peut être alimenté temporairement via les deux pompes 7 (pompant de préférence dans des réservoirs 5 différents). En doublant le débit d'alimentation du fluide utilisateur à refroidir, on divise par deux le sous-refroidissement (à puissance froide comparable). Ceci réduit et assure le dégivrage des composés lourds solides dans l'échangeur 8 de refroidissement.Alternatively or in combination, in the event of clogging, the flow rate of user fluid to be cooled can be increased by switching on or using an additional pump 7. Thus, the cooling exchanger 8 can be supplied temporarily via the two pumps 7 (preferably pumping into different tanks 5). By doubling the supply flow rate of the user fluid to be cooled, the sub-cooling is halved (at comparable cold power). This reduces and ensures the defrosting of heavy solid compounds in the cooling exchanger 8.
Ainsi, en augmentant le débit de fluide utilisateur à refroidir dans l'échangeur 8 de refroidissement (qui fournit une puissance froide de refroidissement constante) on refroidit moins de fluide utilisateur et notamment celui-ci est amené au-dessus de la température de fusion des composés solides. Ceci permet de purger l’échangeur 8 de refroidissement encrassé.Thus, by increasing the flow rate of user fluid to be cooled in the cooling exchanger 8 (which provides a constant cold cooling power), less user fluid is cooled and in particular it is brought above the melting temperature of the solid compounds. This allows the clogged cooling exchanger 8 to be purged.
En variante ou en combinaison, pour purger l’encrassement l’installation peut utiliser un pilotage particulier de la ou des pompes 7. La pompe 7 peut être pilotée par un organe de commande électronique, par exemple un variateur de fréquence qui pilote le moteur de la pompe (et contrôle ainsi sa vitesse ou de débit fourni).Alternatively or in combination, to purge the clogging the installation can use particular control of the pump(s) 7. The pump 7 can be controlled by an electronic control member, for example a frequency variator which controls the motor. the pump (and thus controls its speed or flow rate supplied).
En mode nominal (fonctionnement normal non encrassé) la pompe 7 peut être pilotée de manière à fonctionner à un débit inférieur à son débit maximal. En revanche, en cas d’encrassement, l’installation 100 peut être configurée pour que la pompe augmente son débit (par exemple le variateur de fréquence augmente son débit).In nominal mode (normal unclogged operation) pump 7 can be controlled so as to operate at a flow rate lower than its maximum flow rate. On the other hand, in the event of clogging, the installation 100 can be configured so that the pump increases its flow rate (for example the frequency variator increases its flow rate).
Dans un mode de fonctionnement normal, le débit de la pompe 7 peut être réglé de manière à ce que le différentiel de température du fluide utilisateur aux bornes (entrée/sortie) de l’échangeur 8 de refroidissement soit égal ou sensiblement égal au différentiel de température aux bornes de la turbine 4 la plus froide. C’est-à-dire que le refroidissement du fluide utilisateur correspond au refroidissement du fluide de cycle aux bornes de cette turbine 7 de détente.In a normal operating mode, the flow rate of the pump 7 can be adjusted so that the temperature differential of the user fluid at the terminals (inlet/outlet) of the cooling exchanger 8 is equal or substantially equal to the differential of temperature at the terminals of the coldest turbine 4. That is to say that the cooling of the user fluid corresponds to the cooling of the cycle fluid at the terminals of this expansion turbine 7.
De plus, ce débit de la pompe 7 est de préférence choisi à la valeur la plus faible (parmi les débits possibles de la pompe 7) qui réalise cet équilibre de différentiels de température (tout en conservant la puissance froide du réfrigérateur 1). C’est-à-dire que le débit de la pompe 7 peut être régulé pour assurer que différentiel de température du fluide utilisateur à refroidir entre l’entrée et la sortie de l’échangeur 8 de refroidissement est égal (à quelques degrés près le cas échéant) au différentiel de température du fluide de cycle entre l’entrée et la sortie de la turbine 7 la plus froide du réfrigérateur 1. Et de préférence ce débit de la pompe 7 choisi est le plus faible débit qui réalise cette égalité.Furthermore, this flow rate of the pump 7 is preferably chosen at the lowest value (among the possible flow rates of the pump 7) which achieves this balance of temperature differentials (while retaining the cold power of the refrigerator 1). That is to say that the flow rate of the pump 7 can be regulated to ensure that the temperature differential of the user fluid to be cooled between the inlet and the outlet of the cooling exchanger 8 is equal (within a few degrees the where applicable) to the temperature differential of the cycle fluid between the inlet and outlet of the coldest turbine 7 of the refrigerator 1. And preferably this flow rate of the pump 7 chosen is the lowest flow rate which achieves this equality.
En effet, la puissance froide PF fournie par le réfrigérateur 1 est le produit du débit DF de fluide de cycle et de la capacité calorifique CC du fluide de cycle et du différentiel de température dT de ce fluide de cycle au niveau de l’échangeur 8 de refroidissement (PF=DFxCCxdT).Indeed, the cold power PF supplied by the refrigerator 1 is the product of the flow rate DF of the cycle fluid and the heat capacity CC of the cycle fluid and the temperature differential dT of this cycle fluid at the level of the exchanger 8 cooling (PF=DFxCCxdT).
La puissance froide utile PU (qui est réellement fournie au fluide utilisateur) est la différence entre la puissance froide générée par le réfrigérateur PF et les pertes liées aux équipements qui relient le réfrigérateur au fluide utilisateur du réservoir 5 (pompe, lignes, etc).The useful cold power PU (which is actually supplied to the user fluid) is the difference between the cold power generated by the refrigerator PF and the losses linked to the equipment which connects the refrigerator to the user fluid of tank 5 (pump, lines, etc.).
Les pertes thermiques de la pompe 7 sont généralement proportionnelles au débit D de fluide pompé. Ainsi, régler le débit pompé au minimum permet de maximiser la puissance froide disponible (cf. ).The thermal losses of the pump 7 are generally proportional to the flow rate D of pumped fluid. Thus, setting the pumped flow rate to a minimum makes it possible to maximize the available cooling power (cf. ).
Il y a donc un optimum d’efficacité entre le débit pompé le plus faible possible tout en maintenant un différentiel de température T suffisamment grand pour être le plus proche du différentiel de température aux bornes de la turbine 4 la plus froide.There is therefore an optimum efficiency between the lowest possible pumped flow rate while maintaining a temperature differential T sufficiently large to be as close as possible to the temperature differential across the coldest turbine 4.
Ainsi, en augmentant temporairement le débit de la pompe 7 on peut également réduire l’efficacité du refroidissement du fluide utilisateur et provoquer un refroidissement moindre qui permet de purger l’encrassement solide dans l’échangeur 8 de refroidissement.Thus, by temporarily increasing the flow rate of the pump 7 we can also reduce the efficiency of the cooling of the user fluid and cause less cooling which makes it possible to purge the solid clogging in the cooling exchanger 8.
Dans une variante de réalisation, l’installation 1 pourrait être configurée pour utiliser un débit de fluide de cycle de la pompe 7 qui est toujours supérieur au débit le plus efficace énergétiquement. C’est-à-dire que le débit de la pompe 7 est toujours augmenté pour éviter un refroidissement trop important du fluide utilisateur et ainsi prévenir (éviter) un givrage de composés dans l’échangeur 8 de refroidissement.In a variant embodiment, the installation 1 could be configured to use a flow rate of cycle fluid from the pump 7 which is always greater than the most energy efficient flow rate. That is to say that the flow rate of the pump 7 is always increased to avoid excessive cooling of the user fluid and thus prevent (avoid) icing of compounds in the cooling exchanger 8.
Par exemple, le débit de fluide utilisateur à refroidir pourrait être maintenu tel que le différentiel de température de ce fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie de l’échangeur 8 de refroidissement reste toujours inférieur au différentiel de température du fluide de cycle entre l’entrée et la sortie de la turbine 7 la plus froide.For example, the flow rate of user fluid to be cooled could be maintained such that the temperature differential of this user fluid between the inlet and outlet of the cooling exchanger 8 always remains lower than the temperature differential of the cycle fluid between the the inlet and outlet of the coldest turbine 7.
L'avantage de contrôler le débit de fluide utilisateur circulant dans l’échangeur 8 de refroidissement au lieu de contrôler la puissance froide fournie par le réfrigérateur permet de maintenir cette dernière constante. Ceci permet une régulation très simple ayant un impact que sur le débit du fluide utilisateur à refroidir. Ceci permet d’optimiser l’efficacité dans les cas où l'échangeur 8 de refroidissement peut s'encrasser par gel des composés solubles. The advantage of controlling the flow rate of user fluid circulating in the cooling exchanger 8 instead of controlling the cold power supplied by the refrigerator makes it possible to maintain the latter constant. This allows very simple regulation having an impact only on the flow rate of the user fluid to be cooled. This makes it possible to optimize efficiency in cases where the cooling exchanger 8 may become clogged by freezing of soluble compounds.
Comme illustré à la , l’installation peut comporter un organe 14 électronique, par exemple un contrôleur, comprenant un microprocesseur configuré pour réaliser tout ou partie des régulations (débit et/ou la température du flux de fluide utilisateur). En particulier, l’organe 14 électronique peut recevoir les mesures de tout ou partie des capteurs (température, pression, débit…) et commander la pompe 7 ou tout autre organe de l’installation 100.As illustrated in , the installation may include an electronic member 14, for example a controller, comprising a microprocessor configured to carry out all or part of the regulations (flow rate and/or temperature of the user fluid flow). In particular, the electronic component 14 can receive measurements from all or part of the sensors (temperature, pressure, flow rate, etc.) and control the pump 7 or any other component of the installation 100.

Claims (11)

  1. Procédé de refroidissement d'un flux de fluide utilisateur, notamment du gaz naturel liquéfié, le procédé utilisant une installation comprenant un réfrigérateur (1) cryogénique, c'est-à-dire opérant à une température comprise entre moins 100 degrés centigrade et moins 273 degrés centigrade, le réfrigérateur (1) cryogénique étant du type à fluide de cycle et comprenant un circuit de travail (10) formant une boucle et contenant le fluide de cycle, le réfrigérateur (1) comprenant un échangeur (8) de refroidissement et étant configuré pour produire une puissance froide déterminée utilisée pour extraire de la chaleur au flux de fluide utilisateur par échange de chaleur avec le fluide de cycle circulant dans le circuit (10) de travail, le circuit (10) de travail formant un cycle comprenant: un mécanisme (2) de compression du fluide de cycle, un mécanisme (3) de refroidissement du fluide de cycle, un mécanisme (4) de détente du fluide de cycle et un mécanisme (8, 3) de réchauffement du fluide de cycle, l'installation comprenant au moins un réservoir (5) de fluide utilisateur, une conduite (6) de circulation dudit flux de fluide utilisateur prélevé du au moins un réservoir (5) pour être mis en échange thermique avec l'échangeur (8) de refroidissement du réfrigérateur (1) avant d’être réinjecté dans au moins un réservoir (5), le procédé comprenant une étape d’abaissement déterminé de la température du flux de fluide utilisateur dans l'échangeur (8) de refroidissement, le procédé comprenant une étape de détection d’un éventuel encrassement de l’échangeur (8) de refroidissement provoqué par une solidification de composants de fluide utilisateur dans l’échangeur (8) de refroidissement et, en cas de détection d’un tel encrassement, une étape de diminution de l’abaissement de la température du flux de fluide utilisateur dans l'échangeur (8) de refroidissement, l’étape de diminution de l’abaissement de la température étant réalisée en augmentant le débit et/ou la température du flux de fluide utilisateur admis à circuler dans l’échangeur (8) de refroidissement, caractérisé en ce que lors de l’étape de diminution de l’abaissement de la température, la puissance froide produite par le réfrigérateur (1) cryogénique et fournie à l’échangeur (8) de refroidissement est maintenue constante.Method for cooling a flow of user fluid, in particular liquefied natural gas, the method using an installation comprising a cryogenic refrigerator (1), that is to say operating at a temperature between minus 100 degrees centigrade and minus 273 degrees centigrade, the cryogenic refrigerator (1) being of the cycle fluid type and comprising a working circuit (10) forming a loop and containing the cycle fluid, the refrigerator (1) comprising a cooling exchanger (8) and being configured to produce a determined cold power used to extract heat from the user fluid flow by heat exchange with the cycle fluid circulating in the work circuit (10), the work circuit (10) forming a cycle comprising: a mechanism (2) for compressing the cycle fluid, a mechanism (3) for cooling the cycle fluid, a mechanism (4) for expanding the cycle fluid and a mechanism (8, 3) for heating the cycle fluid, installation comprising at least one reservoir (5) of user fluid, a pipe (6) for circulating said flow of user fluid taken from at least one reservoir (5) to be put into heat exchange with the cooling exchanger (8) of the refrigerator (1) before being reinjected into at least one tank (5), the method comprising a step of determined lowering of the temperature of the flow of user fluid in the cooling exchanger (8), the method comprising a step of detecting possible clogging of the cooling exchanger (8) caused by solidification of user fluid components in the cooling exchanger (8) and, in the event of detection of such clogging, a step of reduction in the lowering of the temperature of the user fluid flow in the cooling exchanger (8), the step of reducing the lowering of the temperature being carried out by increasing the flow rate and/or the temperature of the fluid flow user admitted to circulate in the cooling exchanger (8), characterized in that during the step of reducing the lowering of the temperature, the cold power produced by the cryogenic refrigerator (1) and supplied to the exchanger (8) cooling is kept constant.
  2. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 , caractérisé en ce que le mécanisme (4) de détente du fluide de cycle comprend une ou plusieurs turbine(s) de détente dont une turbine (4) la plus froide qui détend et refroidit le fluide de cycle avant son passage dans l’échangeur (8) de refroidissement, dans lequel, avant l’étape de diminution de l’abaissement de la température, le différentiel de température du flux de fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie l’échangeur (8) de refroidissement est égal ou sensiblement égal au différentiel de température du fluide de cycle entre l’entrée et la sortie de la turbine (4) la plus froide, et en ce que, pendant l’étape de diminution de l’abaissement de la température, le différentiel de température du flux de fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie l’échangeur (8) de refroidissement est diminué et est inférieur au différentiel de température du fluide de cycle entre l’entrée et la sortie de la turbine (4) la plus froide. Method according to any one of claims 1, characterized in that the mechanism (4) for expanding the cycle fluid comprises one or more expansion turbine(s) including a coldest turbine (4) which expands and cools the fluid cycle before its passage into the cooling exchanger (8), in which, before the step of reducing the lowering of the temperature, the temperature differential of the user fluid flow between the inlet and the outlet cooling exchanger (8) is equal or substantially equal to the temperature differential of the cycle fluid between the inlet and the outlet of the coldest turbine (4), and in that, during the step of reducing the lowering the temperature, the temperature differential of the user fluid flow between the inlet and the outlet of the cooling exchanger (8) is reduced and is lower than the temperature differential of the cycle fluid between the inlet and outlet of the cooling exchanger (8). the coldest turbine (4).
  3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le flux de fluide utilisateur est mis en circulation dans l'échangeur (8) de refroidissement par au moins une pompe (7), l’étape de diminution de l’abaissement déterminé de la température du flux de fluide utilisateur étant réalisée en augmentant le débit de fluide utilisateur admis à circuler dans l’échangeur (8) de refroidissement en augmentant le débit de la pompe (7) et/ou en augmentant le nombre de pompes utilisées pour la mise en circulation du fluide utilisateur dans l’échangeur (8) de refroidissement.Method according to any one of the preceding claims, in which the flow of user fluid is circulated in the cooling exchanger (8) by at least one pump (7), the step of reducing the determined lowering of the temperature of the user fluid flow being achieved by increasing the flow rate of user fluid allowed to circulate in the cooling exchanger (8) by increasing the flow rate of the pump (7) and/or by increasing the number of pumps used for the circulation of the user fluid in the cooling exchanger (8).
  4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel, l’étape d’abaissement déterminé de la température du flux de fluide utilisateur est réalisée en augmentant le débit de fluide utilisateur admis à circuler dans l’échangeur (8) de refroidissement en augmentant le nombre de pompes (7) utilisées pour la mise en circulation du fluide utilisateur dans l’échangeur (8) de refroidissement, le procédé comprenant une étape de pompage de fluide utilisateur dans deux réservoirs (5) distincts de fluide utilisateur via des pompes (7) distinctes respectives, le fluide utilisateur refroidi dans l’échangeur (8) de refroidissement étant renvoyé dans l’un au moins des réservoirs (5).  .Method according to claim 3, in which the step of determined lowering of the temperature of the flow of user fluid is carried out by increasing the flow rate of user fluid allowed to circulate in the cooling exchanger (8) by increasing the number of pumps (7) used for circulating the user fluid in the cooling exchanger (8), the method comprising a step of pumping user fluid into two separate reservoirs (5) of user fluid via separate pumps (7) respective, the user fluid cooled in the cooling exchanger (8) being returned to at least one of the tanks (5).  .
  5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’étape de détection d’un éventuel encrassement de l’échangeur (8) de refroidissement comprend au moins l’un parmi : une détection d’une augmentation de la perte de charge dans le passage de l’échangeur (8) de refroidissement prévu pour le fluide utilisateur, une détection de l’augmentation du pincement de l’échangeur (8) de refroidissement, c’est-à-dire une augmentation du différentiel de température entre les passages relativement chaud et froid d’au moins un fluide dans l’échangeur (8) de refroidissement, une détection d’une baisse de débit en dessous d’un seuil dans le passage de l’échangeur (8) de refroidissement prévu pour le fluide utilisateur.Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the step of detecting possible fouling of the cooling exchanger (8) comprises at least one of: detection of an increase in the pressure loss in the passage of the cooling exchanger (8) provided for the user fluid, detection of the increase in pinching of the cooling exchanger (8), that is to say an increase in the temperature differential between the relatively hot and cold passages of at least one fluid in the cooling exchanger (8), detection of a drop in flow rate below a threshold in the passage of the exchanger (8) cooling provided for the user fluid.
  6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’étape de détection d’un éventuel encrassement de l’échangeur (8) de refroidissement utilise au moins un ensemble de capteur(s) parmi : un ensemble de capteur(s) (9) de mesure de la température d’au moins un flux de fluide entre l’entrée et la sortie de l’échangeur (8) de refroidissement, un ensemble de capteur(s) (11) de mesure d’un différentiel de pression du flux de fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie de l’échangeur (8) de refroidissement, un ensemble de capteur(s) (13) de mesure du débit du flux de fluide utilisateur dans l’échangeur (8) de refroidissement.Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the step of detecting possible fouling of the cooling exchanger (8) uses at least one set of sensor(s) among: a set of sensor(s) (9) for measuring the temperature of at least one fluid flow between the inlet and outlet of the cooling exchanger (8), a set of sensor(s) (11) for measuring a pressure differential of the user fluid flow between the inlet and the outlet of the cooling exchanger (8), a set of sensor(s) (13) for measuring the flow rate of the user fluid flow in the exchanger (8) cooling.
  7. Installation de refroidissement et/ou de liquéfaction d'un flux de fluide utilisateur, notamment du gaz naturel liquéfié, comprenant un réfrigérateur (1) cryogénique, c'est-à-dire fonctionnant à une température comprise entre moins 100 degrés centigrade et moins 273 degrés centigrade, le réfrigérateur (1) cryogénique étant du type à fluide de cycle et comprenant un circuit de travail (10) formant une boucle et contenant le fluide de cycle, le réfrigérateur (1) comprenant un échangeur (8) de refroidissement et étant configuré pour produire une puissance froide déterminée utilisée pour extraire de la chaleur au flux de fluide utilisateur par échange de chaleur avec le fluide de cycle circulant dans le circuit (10) de travail, le circuit (10) de travail formant un cycle comprenant en série: un mécanisme (2) de compression du fluide de cycle, un mécanisme (3) de refroidissement du fluide de cycle, un mécanisme (4) de détente du fluide de cycle et un mécanisme (8, 3) de réchauffement du fluide de cycle, l'installation comprenant au moins un réservoir (5) de fluide utilisateur, une conduite (6) de circulation configurée pour guider un flux de fluide utilisateur à refroidir d’au moins un réservoir (5) vers l'échangeur (8) de refroidissement du réfrigérateur (1) en vue d’un échange thermique, l’installation étant configurée pour réaliser un abaissement déterminé de la température du flux de fluide utilisateur dans l'échangeur (8) de refroidissement avant son renvoi dans au moins un réservoir (5), l’installation comprenant un système de détection d’un éventuel encrassement de l’échangeur (8) de refroidissement provoqué par une solidification de composants de fluide utilisateur dans l’échangeur (8) de refroidissement et un dispositif de contrôle du niveau d’abaissement de la température du flux de fluide utilisateur dans l'échangeur (8) de refroidissement, le dispositif de contrôle étant configuré pour permettre une diminution de l’abaissement de la température en cas de détection d’un tel encrassement le dispositif de contrôle comprenant un organe (7, 14) de régulation du débit et/ou la température du flux de fluide utilisateur admis à circuler dans l’échangeur (8) de refroidissement, caractérisée en ce qu’elle est configurée pour maintenir constante la puissance froide produite par le réfrigérateur (1) cryogénique et fournie à l’échangeur (8) de refroidissement lors d’une diminution de l’abaissement de la température du flux de fluide utilisateur dans l'échangeur (8) de refroidissement.Installation for cooling and/or liquefying a flow of user fluid, in particular liquefied natural gas, comprising a cryogenic refrigerator (1), that is to say operating at a temperature between minus 100 degrees centigrade and minus 273 degrees centigrade, the cryogenic refrigerator (1) being of the cycle fluid type and comprising a working circuit (10) forming a loop and containing the cycle fluid, the refrigerator (1) comprising a cooling exchanger (8) and being configured to produce a determined cold power used to extract heat from the user fluid flow by heat exchange with the cycle fluid circulating in the work circuit (10), the work circuit (10) forming a cycle comprising in series : a mechanism (2) for compressing the cycle fluid, a mechanism (3) for cooling the cycle fluid, a mechanism (4) for expanding the cycle fluid and a mechanism (8, 3) for heating the cycle fluid , the installation comprising at least one reservoir (5) of user fluid, a circulation pipe (6) configured to guide a flow of user fluid to be cooled from at least one reservoir (5) towards the exchanger (8) of cooling of the refrigerator (1) with a view to heat exchange, the installation being configured to achieve a determined lowering of the temperature of the flow of user fluid in the cooling exchanger (8) before its return into at least one tank ( 5), the installation comprising a system for detecting possible clogging of the cooling exchanger (8) caused by solidification of user fluid components in the cooling exchanger (8) and a level control device lowering the temperature of the user fluid flow in the cooling exchanger (8), the control device being configured to allow a reduction in the lowering of the temperature in the event of detection of such clogging the device control comprising a member (7, 14) for regulating the flow rate and/or the temperature of the flow of user fluid admitted to circulate in the cooling exchanger (8), characterized in that it is configured to keep the cold power constant produced by the cryogenic refrigerator (1) and supplied to the cooling exchanger (8) during a reduction in the lowering of the temperature of the user fluid flow in the cooling exchanger (8).
  8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le mécanisme (4) de détente du fluide de cycle comprend un ensemble de turbine(s) de détente dont une turbine (4) la plus froide qui détend et refroidit le fluide de cycle avant son passage dans l’échangeur (8) de refroidissement, l’installation étant configurée, en cas d’absence d’encrassement de l’échangeur (8) de refroidissement, pour maintenir le différentiel de température du flux de fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie l’échangeur (8) de refroidissement égal au différentiel de température du fluide de cycle entre l’entrée et la sortie de la turbine (4) la plus froide et en ce que, en cas d’encrassement de l’échangeur (8) de refroidissement, le dispositif de contrôle est configuré pour abaisser le différentiel de température du flux de fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie l’échangeur (8) de refroidissement en dessous du différentiel de température du fluide de cycle entre l’entrée et la sortie de la turbine (4) la plus froide.Installation according to claim 7, characterized in that the cycle fluid expansion mechanism (4) comprises a set of expansion turbine(s) including a coldest turbine (4) which expands and cools the cycle fluid before it is released. passage in the cooling exchanger (8), the installation being configured, in the event of no clogging of the cooling exchanger (8), to maintain the temperature differential of the user fluid flow between the inlet and the outlet the cooling exchanger (8) equal to the temperature differential of the cycle fluid between the inlet and the outlet of the coldest turbine (4) and in that, in the event of clogging of the exchanger (8) cooling, the control device is configured to lower the temperature differential of the user fluid flow between the inlet and the outlet of the cooling exchanger (8) below the temperature differential of the cycle fluid between the the inlet and outlet of the coldest turbine (4).
  9. Installation selon l’une quelconque des revendications 7 à 8, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins une pompe (7) configurée pour envoyer un flux de fluide utilisateur à refroidir d’au moins un réservoir (5) vers l'échangeur (8) de refroidissement du réfrigérateur (1) en vue d’un échange thermique, l’organe (7, 14) de régulation du débit et/ou la température du flux de fluide utilisateur admis à circuler dans l’échangeur (8) de refroidissement étant configuré pour augmenter le débit de la ou d’au moins une pompe (7) et/ou pour mettre en marche au moins une pompe supplémentaire pour augmenter le débit dudit flux.Installation according to any one of claims 7 to 8, characterized in that it comprises at least one pump (7) configured to send a flow of user fluid to be cooled from at least one tank (5) towards the exchanger ( 8) for cooling the refrigerator (1) with a view to heat exchange, the member (7, 14) for regulating the flow rate and/or the temperature of the flow of user fluid admitted to circulate in the exchanger (8) of cooling being configured to increase the flow rate of the or at least one pump (7) and/or to start at least one additional pump to increase the flow rate of said flow.
  10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu’elle comporte deux réservoirs (5) distincts de fluide utilisateur et des pompes (7) distinctes respectives.Installation according to claim 9, characterized in that it comprises two separate reservoirs (5) of user fluid and respective separate pumps (7).
  11. Installation selon l’une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que le système de détection d’un éventuel encrassement de l’échangeur (8) de refroidissement comprend au moins un ensemble de capteur(s) parmi : un ensemble de capteur(s) (9) de mesure de la température d’au moins un flux de fluide entre l’entrée et la sortie de l’échangeur (8) de refroidissement, un ensemble de capteur(s) (11) de mesure d’un différentiel de pression du flux de fluide utilisateur entre l’entrée et la sortie de l’échangeur (8) de refroidissement, un capteur (13) de débit du flux de fluide utilisateur circulant dans l’échangeur (8) de refroidissement.Installation according to any one of claims 7 to 10, characterized in that the system for detecting possible clogging of the cooling exchanger (8) comprises at least one set of sensor(s) among: a set of sensors (s) (9) for measuring the temperature of at least one fluid flow between the inlet and outlet of the cooling exchanger (8), a set of sensor(s) (11) for measuring a pressure differential of the user fluid flow between the inlet and the outlet of the cooling exchanger (8), a flow sensor (13) of the user fluid flow circulating in the cooling exchanger (8).
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