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FR2929369A1 - Procede de vaporisation d'un liquide cryogenique par echange de chaleur avec un fluide calorigene - Google Patents

Procede de vaporisation d'un liquide cryogenique par echange de chaleur avec un fluide calorigene Download PDF

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Philippe Grigoletto
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Abstract

Dans un procédé de réchauffement d'un premier fluide par échange de chaleur avec un deuxième fluide dans un échangeur à plaques et à ailettes dans lequel le premier fluide se réchauffe dans une première série de passages séparés et le deuxième fluide se refroidit dans une deuxième série de passages séparés, chaque passage de la première série étant séparé du passage le plus proche de la deuxième série par un passage auxiliaire contenant des ailettes où circule un gaz inerte.

Description

2929369 La présente invention est relative à un procédé de vaporisation d'un liquide cryogénique, par exemple du gaz naturel liquéfié, par échange de chaleur avec un fluide calorigène, par exemple de l'azote gazeux. Pour réchauffer et vaporiser des liquides cryogéniques de type gaz naturel liquéfié (GNL) ou équivalent contre un fluide calorigène, afin de récupérer les frigories du GNL, on a utilisé dans le passé l'une des trois possibilités suivantes : • une technologie consistant à enrouler sous forme de galettes un système de deux tubes reliés entre eux par un ligament. Les tubes sont io soudés ou dudgeonnés sur des collecteurs transversaux aux galettes ; • des échangeurs brasés à plaques et ailettes ; • des échangeurs tubulaires bobinés. Dans le cas où l'on veut récupérer les frigories pour liquéfier des gaz de l'air, on veut absolument éviter une pollution accidentelle de l'azote ou de 15 l'oxygène par un gaz hydrocarbure en particulier quand le gaz naturel circule dans l'échangeur à une pression supérieure à celle du gaz de l'air. Les géométries tubulaires ne sont pas très efficaces thermiquement et conduisent souvent à un surdimensionnement coûteux. Par ailleurs les terminaux méthaniers ainsi que les installations de 20 séparation d'air existantes n'ont pas toujours les équipements permettant d'éviter des transitoires thermiques brutales lors des arrêts et du redémarrage, ce qui conduit à des chocs thermiques et donc des endommagements des échangeurs. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de réchauffement 25 d'un premier fluide par échange de chaleur avec un deuxième fluide dans un échangeur à plaques et à ailettes dans lequel le premier fluide se réchauffe dans une première série de passages séparés et le deuxième fluide se refroidit dans une deuxième série de passages séparés caractérisé en ce que chaque passage de la première série est séparé du passage le plus 30 proche de la deuxième série par un passage auxiliaire contenant des ailettes où circule un gaz inerte . Optionnellement : - le premier fluide est constitué par du gaz naturel liquéfié qui se vaporise ou se réchauffe dans la première série de passages séparés ; 2 2929369 - le deuxième fluide est constitué par de l'azote gazeux qui se refroidit ou se liquéfie dans la deuxième série de passages séparés ; - le gaz inerte est à une pression au moins 0,1, voire au moins 0.5 bars supérieure à celles du premier fluide et du deuxième fluide ; 5 - le gaz inerte est à une pression au moins 0,1 voire au moins 0.5 bars inférieure à celles du premier fluide et du deuxième fluide ; - le gaz inerte est de l'azote gazeux ; - le gaz inerte envoyé dans au moins certains passages auxiliaires est envoyé ensuite à l'atmosphère ou torché ; io - au moins une boîte d'entrée et/ou de sortie d'un des premier et deuxième fluides est séparée des passages où circule l'autre des premier et deuxième fluides au moyen d'un système de double barres, les barres étant éventuellement séparées par une zone morte ; - le premier fluide se réchauffe à une pression d'au moins 60 bars abs.
15 Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de démarrage d'un échangeur à plaques et à ailettes dans lequel en plein régime un premier fluide se réchauffe par échange de chaleur avec un deuxième fluide dans un échangeur à plaques et à ailettes, le premier fluide se réchauffant dans une première série de passages séparés et le deuxième 20 fluide se refroidissant dans une deuxième série de passages séparés caractérisé en ce que chaque passage de la première série est séparé du passage le plus proche de la deuxième série par un passage auxiliaire contenant des ailettes et dans lequel pendant le démarrage un gaz inerte à une température inférieur à la température ambiante, éventuellement à 25 température cryogénique, est envoyé à au moins un passage auxiliaire pour accélérer la mise en froid. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures. Les figures 1 à 3 montrent une section prise dans le sens de la longueur de l'échangeur de chaque type de passage pour un échangeur 30 opérant selon l'invention. La Figure 1 représente un passage auxiliaire de gaz inerte, la Figure 2 un passage de GNL et la Figure 3 un passage d'azote à chauffer. Les figures 4 à 6 représentent un autre échangeur opérant selon l'invention. La Figure 4 montre une coupe à travers les passages parallèles 3 2929369 de l'échangeur dans le sens de la largeur de l'échangeur, la Figure 5 montre un passage d'azote basse pression coupé dans le sens de sa longueur et la Figure 5 montre un passage de GNL coupé dans le sens de sa longueur. Selon l'invention, un passage du type de la Figure 1 sera placé entre chaque 5 passage du type de la Figure 2 et chaque type de la Figure 3. Ainsi chaque passage de séries du type de la Figure 2 est séparé de chaque passage de la série de type de la Figure 3 par un passage du type de la Figure 1 pour former un échangeur à plaque et ailettes brasé en aluminium, ou autre matériau. Les ailettes ne sont pas illustrées pour simplifier le dessin. io La Figure 1 est le passage auxiliaire d'azote gazeux basse pression de inerte dont l'entrée 9 est en bas à droite et la sortie 11 en haut à gauche. Dans la Figure 2 est illustré un passage de réchauffement de gaz naturel liquéfié (GNL) qui entre dans le passage en bas à gauche 1 et sort en haut à droite 3. Une double barre isole le haut et le bas du passage de GNL 15 du passage d'azote inerte. La Figure 3 montre un passage de refroidissement d'azote gazeux haute pression qui entre en haut du passage par l'entrée 7 et sort en bas par la sortie 5. Le passage d'azote gazeux haute pression est moins large que les passages d'azote basse pression de la Figure 1 et de gaz naturel liquéfié 20 de la Figure 2. Pour éviter une pollution de l'azote par le gaz naturel liquéfié, on interpose entre chaque couple de passages d'azote et d'LNG un passage auxiliaire. L'échange thermique entre les passages d'azote et de GNL se fera au travers des ailettes du passage auxiliaire par conduction. Evidemment 25 l'onde choisie pour le passage auxiliaire aura un rapport hauteur / épaisseur optimal. Dans le cas illustré, les passages auxiliaires seront balayés à l'azote gazeux basse pression (pression inférieure à celle du GNL de la Figure 2 et à celle de l'azote de la Figure 3) et collectés vers l'atmosphère ou 30 éventuellement une torche. Les boites qui couvrent l'empilage et peuvent donc être sources de pollution seront donc isolées de l'autre fluide au moyen de zones mortes Z. Les zones mortes Z seront collectées et éventuellement balayées à l'azote basse pression.
4 2929369 Les zones mortes ci-dessus peuvent être isolées des circuits de GNL et d'azote au moyen d'un système de doubles barres 2 afin de parfaire l'étanchéité. Le jeu entre les doubles barres 2 peut lui-même être collecté afin de renforcer la sécurité intrinsèque. Ceci est expliqué en plus de détail 5 pour le procédé des Figures 5 et 6 mais s'applique également au procédé des Figures 1 à 3. Les passages de la Figure 1 sont utilisés lors des démarrages pour mettre en froid l'échangeur de manière progressive et contrôlée au moyen d'un débit d'azote basse pression venant d'une capacité annexe. io Selon un autre aspect de l'invention, illustré aux Figures 4, chaque passage d'azote à réchauffer (N2 BP) est isolé des passages de GNL à vaporiser par un passage contenant un gaz de procédé inerte à pression élevée (N2 HP), dans ce cas de l'azote à plus haute pression que l'azote à réchauffer (35 bars) et que le gaz naturel liquéfié à vaporiser (15 bars).
15 Comme on voit aux figures 5 et 6, les barres qui séparent un circuit d'azote à réchauffer d'un circuit GNL sont doublées, de sorte que l'espace entre elles forme une zone morte Z ouverte à l'atmosphère par un évent V, de sorte que toute fuite de gaz naturel liquéfié puisse s'y échapper. Les passages des Figures 5 et 6 sont séparés pas un passage de gaz inerte à 20 haute pression. 5

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de réchauffement d'un premier fluide par échange de chaleur avec un deuxième fluide dans un échangeur à plaques et à ailettes dans lequel le premier fluide se réchauffe dans une première série de passages séparés et le deuxième fluide se refroidit dans une deuxième série de passages séparés caractérisé en ce que chaque passage de la première série est séparé du passage le plus proche de la deuxième série par un passage auxiliaire contenant des ailettes où circule un gaz inerte . io
  2. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le premier fluide est constitué par du gaz naturel liquéfié qui se vaporise ou se réchauffe dans la première série de passages séparés.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le deuxième fluide est constitué par de l'azote gazeux qui se refroidit ou se liquéfie dans 15 la deuxième série de passages séparés.
  4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le gaz inerte est à une pression au moins 0,1, voire au moins 0.5 bars supérieure à celles du premier fluide et du deuxième fluide.
  5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le gaz 20 inerte est à une pression au moins 0,1 voire au moins 0.5 bars inférieure à celles du premier fluide et du deuxième fluide.
  6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le gaz inerte est de l'azote gazeux.
  7. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans 25 lequel le gaz inerte envoyé dans au moins certains passages auxiliaires est envoyé ensuite à l'atmosphère ou torché.
  8. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel au moins une boîte d'entrée et/ou de sortie d'un des premier et deuxième fluides est séparée des passages où circule l'autre des premier et 30 deuxième fluides au moyen d'un système de double barres (2), les barres étant éventuellement séparées par une zone morte (Z).
  9. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le premier fluide se réchauffe à une pression d'au moins 60 bars abs. 6 2929369
  10. 10. Procédé de démarrage d'un échangeur à plaques et à ailettes dans lequel en plein régime un premier fluide se réchauffe par échange de chaleur avec un deuxième fluide dans un échangeur à plaques et à ailettes, le premier fluide se réchauffant dans une première série de passages 5 séparés et le deuxième fluide se refroidissant dans une deuxième série de passages séparés caractérisé en ce que chaque passage de la première série est séparé du passage le plus proche de la deuxième série par un passage auxiliaire contenant des ailettes et dans lequel pendant le démarrage un gaz inerte à une température inférieur à la température io ambiante, éventuellement à température cryogénique, est envoyé à au moins un passage auxiliaire pour accélérer la mise en froid.
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