EP0159234A1 - Procédé et installation de traitement d'un site de stockage - Google Patents

Procédé et installation de traitement d'un site de stockage Download PDF

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EP0159234A1
EP0159234A1 EP19850400512 EP85400512A EP0159234A1 EP 0159234 A1 EP0159234 A1 EP 0159234A1 EP 19850400512 EP19850400512 EP 19850400512 EP 85400512 A EP85400512 A EP 85400512A EP 0159234 A1 EP0159234 A1 EP 0159234A1
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EP
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gas
site
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tank
nitrogen
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EP19850400512
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Michel Bonneton
Bernard Marchal
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F25J2290/62—Details of storing a fluid in a tank

Definitions

  • the present invention relates to a method and an installation for treating a storage site, in particular for purging and inerting tanks. It applies in particular to the purging and inerting of tanks of vessels carrying liquefied natural gas (LNG) or liquefied petroleum gas (LPG). However, it can also be applied to the purging and inerting of other types of tanks containing volatile flammable, polluting and / or expensive products.
  • LNG liquefied natural gas
  • LPG liquefied petroleum gas
  • this purging operation which is often called “deballasting" takes place in two stages: bringing the tanks to room temperature, at sea, then, at the quay, injecting a neutral gas such as nitrogen.
  • a neutral gas such as nitrogen.
  • the combustible gas expelled from the tanks under the pressure of nitrogen, consisting of light hydrocarbons, is sent to the flare.
  • fuel gas is also injected into the mixture leaving the tanks so as to obtain a stable combustible mixture at the flare until the deballasting is completely stopped.
  • the object of the invention is to provide a method and an installation making it possible to economically recover most of the gaseous products expelled from the storage site during the purging.
  • a process for treating a storage site in particular for purging and inerting a reservoir, of the type in which a gaseous product contained in said site is expelled by injecting nitrogen therein, characterized in that an indirect heat exchange is carried out between the gas leaving said site and liquid nitrogen, so as to partially condense this gas, and in that it is injected into said site nitrogen gas resulting from this vaporization of liquid nitrogen.
  • the invention also relates to an installation for treating a storage site, in particular for purging and inerting of tanks, intended for the implementation of such a process.
  • This installation includes: a phase separator; a storage container communicating with the phase separator; and an indirect heat exchanger comprising first passages intended to be connected upstream to said site and connected downstream to the separator, and second passages connected upstream to a source of liquid nitrogen and intended to be connected downstream to said site.
  • FIGS. 1 to 4 schematically illustrate four alternative embodiments of the method according to the invention.
  • an installation intended to purge for inerting a tank 1 which is for example a tank of LNG or LPG transport ship.
  • the installation comprises an indirect heat exchanger 2 against the current, a phase separator 3 and a container 4 for storing the recovered liquid products.
  • the exchanger 2 comprises first passages 5 connected upstream to the tank 1 and downstream to the separator 3, and second passages 6 connected upstream to a source of liquid nitrogen and downstream to the tank 1 by l intermediate of a pipe 7.
  • a pipe 8 is provided on the pipe 7 provided with a valve 9 controlled by the pressure prevailing in the pipe 7.
  • a pipe 10 for supplying auxiliary nitrogen gas provided with a valve 11 and supplied by an external nitrogen source opens into the same pipe 7 downstream of the vent 8.
  • the base of the separator 3 is connected to that of the container 4 by a line 12, and the top of the separator is equipped with a vent 13 provided with a pressure limiter not shown.
  • a pipe 14 provided with a valve 15 makes it possible to bring nitrogen gas into the upper part of the container 4 from an external nitrogen source.
  • liquid nitrogen is vaporized in the exchanger 2 against the flow of the gas leaving the reservoir 1. This gas is thus partially condensed, and the liquid obtained is collected in the separator 3 and transferred to the container 4 by driving 12.
  • the nitrogen gas vaporized in the exchanger 2 is sent via line 7 to the tank 1, opposite the gas outlet orifice of this tank, and pushes the gas content of the tank towards the passages 5 of the exchanger 2.
  • nitrogen is used a first time for its cooling capacity, then a second time for its mechanical energy and for its inerting properties.
  • a compressor 16 can be mounted between the outlet of the tank 1 and the inlet of the passages 5.
  • the gas formed in the separator 3 can then be reinjected into the passages 6 of the exchanger 2 which convey the liquid nitrogen by a line 17, which is provided with a valve 18 controlled by the pressure of the separator.
  • a valve 18 controlled by the pressure of the separator.
  • Such reinjection assumes, however, that the content of the gas in the separator in product to be recovered is sufficiently low, so that it occurs only at an already advanced stage of the purging operation, in a phase where, precisely, the Nitrogen flow required for condensation is no longer sufficient to ensure effective purging.
  • Vent 13 is equipped with an 18A control valve.
  • FIG. 2 assumes that there is a compressor 16 of the cryogenic type. According to the variant of FIG. 3, it may be more advantageous to use an ordinary compressor, less expensive, and an auxiliary exchanger 19 ensuring an indirect heat exchange against the current between the gas entering the compressor and the gas which comes out. Apart from this difference, the arrangement of FIG. 3 is identical to that of FIG. 2.
  • Figure 4 illustrates a variant of the diagram of Figure 1 which allows to push to a high degree the recovery without increasing the pressure of the gas leaving the tank, and therefore without using a compressor and a heat exchanger adapted to withstand high pressures.
  • it is necessary to lower the temperature in the exchanger 2, which leads to the presence of a sub-cooled liquid in the separator 3.
  • We therefore heat this liquid in line 12 by causing it to yield frigories with the gas leaving the tank 1 before the latter enters the passages 5 of the main exchanger 2.
  • the auxiliary heat exchanger 20 provides a countercurrent heat exchange between the supply line outlet of the reservoir and the pipe 12, and the treated gas is precooled before exchanging heat with the liquid nitrogen. It is understood that this variant improves the thermal balance of the insatllation.
  • FIG. 4 also shows a bypass 21 connecting the sections of the tank outlet pipe located before and after the exchanger 20.
  • This bypass is equipped with a valve 22 controlled by the temperature prevailing in the line 12 downstream of the exchanger 20.
  • the gas flow which effectively passes through this exchanger is controlled by the quantity of heat which is exchanged.

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Abstract

Le réservoir (1) est purgé par de l'azote gazeux résultant de la vaporisation d'azote liquide ayant subi un échange de chaleur indirect (2) avec le gaz sortant du réservoir. Ceci permet de récupérer les produits purgés. Application au déballastage des navires de transport de gaz naturel ou de gaz de pétrole liquéfié.

Description

  • La présente invention est relative à un procédé et une installation de traitement d'un site de stockage, notamment de purge et d'inertage de réservoir. Elle s'applique en particulier à la purge et à l'inertage des citernes des navires de transport de gaz naturel liquéfié (GNL) ou de gaz de pétrole liquéfié (GPL). Cependant, elle peut également s'appliquer à la purge et à l'inertage d'autres types de réservoirs contenant des produits volatils inflammables, polluants et/ou coûteux.
  • On sait que de nombreux réservoirs contenant des produits volatils doivent périodiquement être purgés, et qu'il est alors nécessaire de les inerter pour des raisons de sécurité. C'est le cas notamment des cuves ou citernes des navires de transport de GNL ou de GPL après la livraison de la cargaison.
  • Dans la technique classique, cette opération de purge, que l'on appelle souvent "déballastage", s'effectue en deux temps : mise à température ambiante des citernes, en mer, puis, à quai, injection d'un gaz neutre tel que l'azote. Pendant cette dernière opération, le gaz combustible expulsé des citernes sous la poussée de l'azote, constitué d'hydrocarbures légers, est envoyé à la torchère. En fin d'opération de déballastage, on procède en outre à une injection de gaz combustible dans le mélange sortant des citernes de façon à obtenir à la torchère un mélange combustible stable jusqu'à l'arrêt complet du déballastage.
  • Cette technique, actuellement très généralisée, n'est pas satisfaisante car elle conduit d'une part à des pertes de temps et d'argent (circulation inutile de navires), d'autre part à des pertes de combustible évaluées entre 2 % et 5 % de la cargaison selon la pression de stockage des gaz liquéfiés. Des inconvénients analogues se présentent dans les autres cas évoqués plus haut.
  • L'invention a pour but de fournir un procédé et une installation permettant de façon économique de récupérer l'essentiel des produits gazeux expulsés du site de stockage pendant la purge.
  • A cet effet, elle a pour objet un procédé de traitement d'un site de stockage, notamment de purge et d'inertage de réservoir, du type dans lequel on expulse un produit gazeux contenu dans ledit site en y injectant de l'azote, caractérisé en ce qu'on effectue un échange de chaleur indirect entre le gaz sortant dudit site et de l'azote liquide, de manière à condenser partiellement ce gaz, et en ce qu'on injecte dans ledit site l'azote gazeux résultant de cette vaporisation d'azote liquide.
  • L'invention a également pour objet une installation de traitement d'un site de stockage, notamment de purge et d'inertage de réservoir, destinée à la mise en oeuvre d'un tel procédé. Cette installation comprend: un séparateur de phases ; un récipient de stockage communiquant avec le séparateur de phases; et un échangeur de chaleur indirect comportant des premiers passages destinés à être reliés en amont audit site et reliés en aval au séparateur, et des deuxièmes passages reliés en amont à une source d'azote liquide et destinés à être reliés en aval audit site.
  • Quelques exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels les figures 1 à 4 illustrent schématiquement quatre variantes de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
  • Dans tous les modes de réalisation représentés, on voit une installation destinée à purger en vue de son inertage un réservoir 1 qui est par exemple une cuve de navire de transport de GNL ou de GPL. L'installation comprend un échangeur de chaleur indirect 2 à contre-courant, un séparateur de phases 3 et un récipient 4 de stockage des produits liquides récupérés.
  • A la figure 1, l'échangeur 2 comprend des premiers passages 5 reliés en amont au réservoir 1 et en aval au séparateur 3, et des deuxièmes passages 6 reliés en amont à une source d'azote liquide et en aval au réservoir 1 par l'intermédiaire d'une conduite 7. Sur la conduite 7 est piquée une conduite d'évent 8 pourvue d'une vanne 9 pilotée par la pression régnant dans la conduite 7. Une conduite 10 d'amenée d'azote gazeux auxiliaire pourvue d'une vanne 11 et alimentée par une source d'azote extérieure débouche dans la même conduite 7 en aval de l'évent 8.
  • La base du séparateur 3 est reliée à celle du récipient 4 par une conduite 12, et le sommet du séparateur est équipé d'un évent 13 muni d'un limiteur de pression non représenté. De plus, une conduite 14 pourvue d'une vanne 15 permet d'amener de l'azote gazeux dans la partie supérieure du récipient 4 à partir d'une source d'azote extérieure.
  • En fonctionnement, de l'azote liquide est vaporisé dans l'échangeur 2 à contre-courant du gaz sortant du réservoir 1. Ce gaz est ainsi partiellement condensé, et le liquide obtenu est recueilli dans le séparateur 3 et transféré dans le récipient 4 par la conduite 12.
  • L'azote gazeux vaporisé dans l'échangeur 2 est envoyé par la conduite 7 dans le réservoir 1, à l'opposé de l'orifice de sortie des gaz de ce réservoir, et pousse le contenu gazeux du réservoir vers les passages 5 de l'échangeur 2. Ainsi, l'azote est utilisé une première fois pour son pouvoir frigorifique, puis une deuxième fois pour son énergie mécanique et pour ses propriétés d'inertage.
  • Au fur et à mesure de l'avancement de l'opération, la teneur en gaz combustible du gaz sortant du réservoir diminue. Par suite, la quantité d'azote liquide nécessaire pour récupérer le gaz combustible diminue elle aussi, et il arrive un moment où le débit d'azote vaporsié ne suffit plus pour purger efficacement le réservoir. On injecte alors de l'azote gazeux supplémentaire par la conduite 10.
  • Comme représenté à la figure 2, si la pression qui règne dans le réservoir 1 est insuffisante et que l'on ne peut pas envisager de l'augmenter notablement, on peut monter un compresseur 16 entre la sortie du réservoir 1 et l'entrée des passages 5. Le gaz formé dans le séparateur 3 peut alors être réinjecté dans les passages 6 de l'échangeur 2 qui véhiculent l'azote liquide par une conduite 17, laquelle est munie d'une vanne 18 pilotée par la pression du séparateur. Une telle réinjection suppose toutefois que la teneur du gaz du séparateur en produit à récupérer est suffisamment faible, de sorte qu'elle n'intervient qu'à un stade déjà avancé de l'opération de purge, dans une phase où,précisément, le débit d'azote nécessaire pour la condensation ne suffit plus pour assurer une purge efficace. L'évent 13 est équipé d'une vanne de commande 18A.
  • Si le gaz contenu dans le réservoir 1 est très froid, le schéma de la figure 2 suppose que l'on dispose d'un compresseur 16 de type cryogénique. Suivant la variante de la figure 3, il peut être plus intéressant de faire appel à un compresseur ordinaire, mins coûteux, et à un échangeur auxiliaire 19 assurant un échange thermique indirect à contre-courant entre le gaz entrant dans le compresseur et le gaz qui en sort. A part cette différence, l'agencement de la figure 3 est identique à celui de la figure 2.
  • La figure 4 illustre une variante du schéma de la figure 1 qui permet de pousser à un degré élevé la récupération sans augmenter la pression du gaz sortant du réservoir, et donc sans faire appel à un compresseur et à un échangeur de chaleur adapté pour supporter des pressions élevées. Pour cela, il faut abaisser la température dans l'échangeur 2, ce qui conduit à la présence d'un liquide sous-refroidi dans le séparateur 3. On procède donc à un réchauffage de ce liquide dans la conduite 12 en lui faisant céder des frigories au gaz sortant du réservoir 1 avant que ce dernier ne pénètre dans les passages 5 de l'échangeur principal 2. En d'autres termes, l'échangeur de chaleur auxiliaire 20 assure un échange de chaleur à contre-courant entre la conduite de sortie du réservoir et la conduite 12, et le gaz traité est prérefroidi avant d'échanger de la chaleur avec l'azote liquide. On comprend que cette variante améliore le bilan thermique de l'insatllation.
  • On a également représenté à la figure 4 un by-pass 21 reliant les tronçons de la conduite de sortie du réservoir situés avant et après l'échangeur 20. Ce by-pass est équipé d'une vanne 22 pilotée par la température régnant dans la conduite 12 en aval de l'échangeur 20. Ainsi, le débit de gaz qui traverse effectivement cet échangeur est piloté par la quantité de chaleur qui est échangée.
  • Dans chaque mode de réalisation, il est possible de renvoyer du gaz issu du séparateur 3 dans la partie stpérieure du récipient 4 pour inerter ce dernier, comme représenté par une conduite 23 munie d'une vanne 24 aux figures 2 et 3.
  • Il est clair que le procédé et l'installation suivant l'invention peuvent s'appliquer à de nombreux cas où il est nécessaire de purger un réservoir d'un contenu gazeux coûteux, polluant, etc, par exemple un réservoir d'ammoniac, d'acide, d'hydrocarbures, etc.

Claims (13)

1. - Procédé de traitement d'un site de stockage (1), notamment de purge et d'inertage de réservoir (1), du type dans lequel on expulse un produit gazeux contenu dans ledit site en y injectant de l'azote, caractérisé en ce qu'on effectue un échange de chaleur indirect (2) entre le gaz sortant dudit site (1) et de l'azote liquide, de manière à condenser partiellement ce gaz, et en ce qu'on injecte dans ledit site l'azote gazeux résultant de cette vaporisation d'azote liquide.
2. - Procédé suivant la revendication 1, pour la purge et l'inertage d'un réservoir (1), caractérisé en ce que ledit azote gazeux est injecté dans le réservoir à l'opposé d'un orifice de sortie des gaz de ce réservoir.
3. - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, dans une phase avancée de l'opération, on effectue également un échange de chaleur indirect (2) entre le gaz sortant dudit site (1) et du gaz résultant de ladite condensation partielle, ce dernier gaz étant adjoint audit azote gazeux.
4. - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on envoie du gaz résultant de ladite condensation partielle dans la partie supérieure d'un récipient (4) de stockage du liquide recueilli lors de cette condensation.
5. - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on comprime le gaz à sa sortie dudit site (1).
6. - Procédé suivant la revendication 5, pour site de stockage (1) contenant un produit gazeux à basse température, caractérisé en ce qu'on effectue un échange de chaleur indirect (19) entre le gaz sortant dudit site et le gaz comprimé.
7. - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on effectue un échange de chaleur indirect (20) entre le gaz sortant dudit site (1) et le liquide résultant de ladite condensation partielle.
8. - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, dans une phase avancée de l'opération, on canplé- mente ladite injection d'azote gazeux par une injection dans ledit site (1) d'azote gazeux provenant d'une source extérieure (10).
9. - Installation de traitement d'un site de stockage (1), notamment de purge et d'inertage de réservoir (1), caractérisée en ce qu'elle comprend: un séparateur de phases (3) ; un récipient de stockage (4) communiquant avec le séparateur de phases ; et un échangeur de chaleur indirect (2) comportant des premiers passages (5) destinés à être reliés en amont audit site (1) et reliés en aval au séparateur (3), et des deuxièmes passages (6) reliés en amont à une source d'azote liquide et destinés à être reliés en aval audit site (1).
10. - Installation suivant la revendication 9, pour la purge et l'inertage d'un réservoir (1), caractérisée en ce que lesdits premiers (5) et deuxièmes (6) passages sont destinés à être reliés à des orifices du réservoir opposés l'un à l'autre.
11. - Installation suivant l'une des revendications 9 et 10, caractérisée en ce qu'un compresseur (16) est interposé entre ledit site (1) et l'entrée desdits premiers passages (5) de l'échangeur de chaleur (2).
12. - Installation suivant l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisée en ce qu'elle comprend un échangeur de chaleur indirect auxiliaire (20) comprenant des troisièmes passages reliés à la partie inférieure du séparateur de phases (3) et du récipient de stockage (4), et des quatrièmes passages destinés à être reliés en amont audit site (1) et reliés en aval à l'entrée desdits premiers passages (5), et/ou un échangeur de chaleur indirect auxiliaire (19) qui met en relation d'échange thermique les conduites d'entrée et de sortie du compresseur (16).
13. - Installation suivant l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (17, 18, 22, 23) pour envoyer du gaz issu du séparateur (3) dans lesdits deuxièmes passages (6) et/ou dans le récipient de stockage (4).
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