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FR3130935A1 - Réservoir de gaz liquéfié et procédé de vaporisation - Google Patents

Réservoir de gaz liquéfié et procédé de vaporisation Download PDF

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FR3130935A1
FR3130935A1 FR2114092A FR2114092A FR3130935A1 FR 3130935 A1 FR3130935 A1 FR 3130935A1 FR 2114092 A FR2114092 A FR 2114092A FR 2114092 A FR2114092 A FR 2114092A FR 3130935 A1 FR3130935 A1 FR 3130935A1
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Golo Zick
Philippe Fraysse
Damien TILL
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Réservoir de gaz liquéfié comprenant une enveloppe (2) étanche délimitant un volume de stockage pour du gaz liquéfié entre un fond inférieur et une extrémité supérieure, un système (3) d’isolation thermique disposé autour de l’enveloppe (2) et un ensemble de conduite(s) de transfert de fluide débouchant dans l’enveloppe (2), caractérisé en ce que l’ensemble de conduite(s) de transfert comprend une conduite (7) de vaporisation ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source de gaz de réchauffage et une extrémité aval débouchant dans la partie inférieure de l’enveloppe (2) à proximité du fond de l’enveloppe (2) et orientée vers le fond. L’invention concerne également un procédé de vaporisation dans un tel réservoir. Figure de l’abrégé : Fig. 1

Description

Réservoir de gaz liquéfié et procédé de vaporisation
L’invention concerne un réservoir de gaz liquéfié et un procédé de vaporisation dans un tel réservoir.
L’invention concerne plus particulièrement un réservoir de gaz liquéfié, notamment de l’hydrogène, comprenant une enveloppe étanche délimitant un volume de stockage pour du gaz liquéfié entre un fond inférieur et une extrémité supérieure, un système d’isolation thermique disposé autour de l’enveloppe et un ensemble de conduite(s) de transfert de fluide débouchant dans l’enveloppe.
Pour des raisons de maintenance par exemple, il peut être nécessaire de vider par vaporisation des réservoirs de gaz liquéfiés. Ceci est particulièrement important dans le cas de gaz toxiques ou autrement dangereux pour lesquels il faut être absolument sûrs qu’il n’y a plus de trace de liquide dans l’installation avant d’ouvrir des tuyauteries pour réaliser de la maintenance.
Vaporiser entièrement un gaz liquéfié dans un réservoir dans un délai raisonnable, c’est à dire, sans attendre que la vaporisation du liquide se fasse avec les entrées thermiques peut être relativement complexe, en particulier, dans le cas d’une installation cryogénique avec des isolations thermiques performantes. Ceci est d’autant plus problématique quand le réservoir ne possède pas de conduite d’évacuation de liquide en partie basse.
Il existe des solutions qui consistent à apporter du gaz chaud dans le réservoir pour vaporiser progressivement le liquide. Par exemple, une boucle fermée de gaz chaud est mise en échange thermique dans le réservoir : le gaz se réchauffe à l’extérieur de la partie cryogénique et vient ensuite progressivement réchauffer le fluide dans l’installation.
De même, un balayage avec un gaz chaud peut être réalisé dans les tuyauteries (gaz à température ambiante ou chauffé à plusieurs dizaines de degrés par exemple).
Ces solutions techniques connues ne permettent pas de vaporiser totalement le gaz liquéfié. Il est fréquent qu’une flaque persiste en point bas.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, le réservoir selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que l’ensemble de conduite(s) de transfert comprend une conduite de vaporisation ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source de gaz de réchauffage et une extrémité aval débouchant dans la partie inférieure de l’enveloppe à proximité du fond de l’enveloppe et orientée vers le fond.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
  • l’extrémité aval de la conduite de vaporisation débouche à une distance du fond de l’enveloppe supérieure à zéro millimètre et inférieure à trois fois le diamètre de la conduite de vaporisation,
  • l’extrémité aval de la conduite de vaporisation est munie d’une crépine subdivisant le flux de gaz en plusieurs jets distincts,
  • la conduite de vaporisation traverse l’enveloppe via le fond de l’enveloppe de bas en haut et est coudée dans l’enveloppe vers le fond,
  • le réservoir comprend un organe de réchauffage du flux de gaz transporté par la conduite de vaporisation,
L’invention concerne également un procédé de vaporisation de gaz liquéfié contenu dans un réservoir selon l’une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous, comprenant une étape d’injection d’un gaz de réchauffage dans l’enveloppe via la conduite de vaporisation, le gaz de réchauffage ayant une température supérieure à la température de liquéfaction du gaz liquéfié.
Selon d’autres particularités possibles :
  • l’étape d’injection est maintenue jusqu’à la vaporisation complète de gaz liquéfié contenu dans l’enveloppe, et/ou jusqu’à ce que la température du fond de l’enveloppe soit supérieure à la température de liquéfaction du gaz liquéfié,
  • le gaz liquéfié est l’un parmi : de l’hydrogène, du CO, tout gaz toxique ou inflammable et en ce que le gaz de vaporisation comprend au moins l’un parmi : de l’azote, un gaz identique à celui devant être vaporisé, de l’air sec.
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.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
représente une vue en coupe verticale, schématique et partielle, illustrant un exemple de structure et de fonctionnement d’un réservoir et procédé selon l’invention.
Le réservoir 1 de gaz liquéfié, notamment d’hydrogène ou du CO, illustré comprend une enveloppe 2 étanche délimitant un volume de stockage pour du gaz liquéfié.
Le réservoir 1 peut être par exemple cylindrique ou sphérique ou de toute autre forme comprenant un fond inférieur et une extrémité supérieure.
Le réservoir 1 comprend un système 3 d’isolation thermique disposé autour de l’enveloppe 2 . Par exemple une structure à double enveloppe 2, 4 avec un isolant thermique 3 entre les deux parois 2, 4.
Le réservoir 1 comprend un ensemble de conduite(s) de transfert de fluide débouchant dans l’enveloppe 2 et en particulier une conduite 7 de vaporisation comprenant une extrémité amont destinée à être reliée à une source de gaz de réchauffage et une extrémité aval débouchant dans la partie inférieure de l’enveloppe 2 à proximité du fond de l’enveloppe 2 et orientée vers le fond.
De préférence, l’extrémité aval de la conduite 7 de vaporisation débouche à une distance du fond de l’enveloppe 2 supérieure à zéro millimètre et de préférence comprise entre 0,1mm et trois fois le diamètre de la conduite 7 de vaporisation entrant dans l’enveloppe et par exemple entre 0,2mm et deux fois le diamètre de cette conduite 7. Typiquement cette distance maximale de la sortie de la conduite 7 de vaporisation par rapport au fond est comprise entre 0,1mm et 10mm, par exemple entre 0.2mm et 6 mm.
Le gaz de vaporisation peut ainsi être projeté sur le fond de l’enveloppe 2 lors de son injection.
Le gaz de vaporisation a une température de préférence supérieure à celle de la température de vaporisation du gaz liquéfié à vaporiser.
Comme illustré, l’extrémité aval de la conduite 7 de vaporisation peut être munie d’une crépine 5 subdivisant le flux de gaz en plusieurs jets distincts. Ceci permet de diviser le flux en entrée dans l’enveloppe 2 en un maximum de bulles de gaz et ainsi d’augmenter la surface d’échange entre le liquide et le gaz. Ceci permet de diminuer la quantité de gaz de vaporisation nécessaire pour vaporiser le volume de liquide.
La conduite 7 de vaporisation peut également coïncider avec la conduite de soutirage liquide en fonctionnement normal.
Comme schématisé, il est possible de chauffer le gaz de vaporisation en entrée dans l’enveloppe 2 (ou plus en amont voir au niveau de la source) pour diminuer la quantité de gaz de vaporisation nécessaire pour vaporiser le volume de gaz liquéfié.
Cette structure et ce fonctionnement peuvent permettre de s’assurer qu’il n’y a plus de liquide à la fin de l’opération.
Cette opération peut par exemple être arrêtée lorsque la température du fond du réservoir (par exemple mesurée) est supérieure à la température de liquéfaction du gaz à vaporiser (température dépendant de la pression).
Ceci permet de vaporiser complètement un réservoir avec un temps de vaporisation relativement plus rapide.
La solution permet en outre d’optimiser la quantité de gaz de vaporisation utilisée.
Ceci est particulièrement avantageux dans une installation qui nécessite une vaporisation rapide, notamment si le réservoir ne possède pas d’évacuation de liquide en partie inférieure.
L’invention s’applique à tout type de gaz liquéfié, par exemple cryogénique et en particulier, l’hydrogène. D’autres gaz liquéfiés peuvent être envisagés (CO, …).
Le gaz de vaporisation peut être tout composant ou mélange approprié, notamment parmi : azote, gaz identique à celui devant être vaporisé, air sec (si le gaz à vaporiser n’est pas inflammable).

Claims (8)

  1. Réservoir de gaz liquéfié, notamment d’hydrogène, comprenant une enveloppe (2) étanche délimitant un volume de stockage pour du gaz liquéfié entre un fond inférieur et une extrémité supérieure, un système (3) d’isolation thermique disposé autour de l’enveloppe (2) et un ensemble de conduite(s) de transfert de fluide débouchant dans l’enveloppe (2), caractérisé en ce que l’ensemble de conduite(s) de transfert comprend une conduite (7) de vaporisation ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source de gaz de réchauffage et une extrémité aval débouchant dans la partie inférieure de l’enveloppe (2) à proximité du fond de l’enveloppe (2) et orientée vers le fond.
  2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’extrémité aval de la conduite (7) de vaporisation débouche à une distance du fond de l’enveloppe (2) supérieure à zéro millimètre et inférieure à trois fois le diamètre de la conduite (4) de vaporisation.
  3. Réservoir selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’extrémité aval de la conduite (7) de vaporisation est munie d’une crépine (5) subdivisant le flux de gaz en plusieurs jets distincts.
  4. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la conduite (7) de vaporisation traverse l’enveloppe (2) via le fond de l’enveloppe (2) de bas en haut et est coudée dans l’enveloppe vers le fond.
  5. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend un organe (6) de réchauffage du flux de gaz transporté par la conduite (7) de vaporisation.
  6. Procédé de vaporisation de gaz liquéfié contenu dans un réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant une étape d’injection d’un gaz de réchauffage dans l’enveloppe (2) via la conduite (7) de vaporisation, le gaz de réchauffage ayant une température supérieure à la température de liquéfaction du gaz liquéfié.
  7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’étape d’injection est maintenue jusqu’à la vaporisation complète de gaz liquéfié contenu dans l’enveloppe (2), et/ou jusqu’à ce que la température du fond de l’enveloppe (2) est supérieure à la température de liquéfaction du gaz liquéfié.
  8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le gaz liquéfié est l’un parmi : de l’hydrogène, du CO, tout gaz toxique ou inflammable et en ce que le gaz de vaporisation comprend au moins l’un parmi : de l’azote, un gaz identique à celui devant être vaporisé, de l’air sec.
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