FR3039499A1 - Procede de pilotage d'un dispositif de pompage raccorde a une barriere thermiquement isolante d'une cuve de stockage d'un gaz liquefie - Google Patents

Procede de pilotage d'un dispositif de pompage raccorde a une barriere thermiquement isolante d'une cuve de stockage d'un gaz liquefie Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de pilotage d'un dispositif de pompage associé à une cuve (2) étanche et thermiquement isolante ; ladite cuve (2) contenant un gaz liquéfié (8) présentant une phase liquide et une phase vapeur et présentant une structure multicouche comprenant une membrane d'étanchéité (7) en contact avec le gaz liquéfié (8) et une barrière thermiquement isolante (6) disposée entre la membrane d'étanchéité (7) et une structure porteuse (4), ladite barrière thermiquement isolante (6) comportant des matières solides et une phase gazeuse ; ledit dispositif de pompage comportant une pompe à vide (16) connectée à la barrière thermiquement isolante (6) afin de placer la phase gazeuse sous une pression relative négative ; ledit procédé prévoyant de commander la pompe à vide (16) en fonction d'une pression de consigne Pc1 et d'une mesure de la pression P1 de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante (6); ledit procédé comprenant en outre : - mesurer la température T de la phase liquide du gaz liquéfié (8) ; et - déterminer la pression de consigne Pc1 au moyen d'une relation Pc1 = f1(T) ; f1 étant une fonction monotone croissante.

Description

Domaine technique L’invention se rapporte au domaine des cuves, étanches et thermiquement isolantes, à membranes, pour le stockage d’un gaz liquéfié.
Des cuves étanches et thermiquement isolantes à membranes sont notamment employées pour le stockage de gaz naturel liquéfié (GNL).
Arrière-plan technologique
Dans l’état de la technique, on connaît des cuves étanches et thermiquement isolantes à membranes dont les parois présentent une structure multicouche. La structure multicouche comporte, depuis l’extérieur vers l’intérieur de la cuve, une barrière thermiquement isolante secondaire comportant des éléments isolants reposant contre une structure porteuse, une membrane d’étanchéité secondaire reposant contre la barrière thermiquement isolante secondaire, une barrière thermiquement isolante primaire comportant des éléments isolants reposant contre la membrane d’étanchéité secondaire et une membrane d’étanchéité primaire destinée à être en contact avec le gaz liquéfié contenu dans la cuve et reposant contre la barrière thermiquement isolante primaire.
De telles cuves à membranes sont sensibles aux différences de pression de part et d’autre de chacune des membranes, et en particulier à la différence de pression de part et d’autre de la membrane d’étanchéité primaire. En effet, une surpression de la barrière thermiquement isolante primaire par rapport à l’intérieur de la cuve est susceptible d’entraîner un arrachage de la membrane d’étanchéité primaire. Dès lors, pour garantir l’intégrité de la barrière d’étanchéité primaire, il est préférable de maintenir une pression à l’intérieur de la barrière thermiquement isolante primaire qui soit inférieure à celle régnant à l’intérieur de la cuve de sorte que l’écart de pression de part et d’autre de la membrane d’étanchéité primaire tend à plaquer celle-ci contre la barrière thermiquement isolante secondaire et non à l’arracher de la barrière isolante secondaire. Résumé
Une idée à la base de l’invention est de proposer un procédé de pilotage d’un dispositif de pompage connecté à une barrière thermiquement isolante d’une cuve étanche et thermiquement isolante qui permette de protéger efficacement au moins une membrane d’étanchéité de la cuve.
Selon un mode de réalisation, l’invention fournit un procédé de pilotage d’un dispositif de pompage associé à une cuve étanche et thermiquement isolante ; ladite cuve contenant un gaz liquéfié présentant une phase liquide et une phase vapeur et comportant des parois présentant une structure multicouche comprenant une membrane d’étanchéité en contact avec le gaz liquéfié et une barrière thermiquement isolante disposée entre la membrane d’étanchéité et une structure porteuse, ladite barrière thermiquement isolante comportant des matières solides et une phase gazeuse ; ledit dispositif de pompage comportant une pompe à vide connectée à la barrière thermiquement isolante afin de placer la phase gazeuse sous une pression relative négative ; ledit procédé comprenant les étapes de : -mesurer une pression P1 de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante ; - déterminer une pression de consigne Pci au moyen d’une relation Pc1 = f^T) ; U étant une fonction monotone croissante et T étant une variable représentative d’une température mesurée de la phase liquide du gaz liquéfié ou d’un seuil minimum de température susceptible d’être atteint par la phase liquide du gaz liquéfié et correspondant à un état de fonctionnement d’un dispositif de refroidissement du gaz liquéfié ; - commander la pompe à vide de manière à asservir la pression Pi de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante à la pression de consigne Pci.
Un tel procédé est particulièrement efficace pour protéger la membrane d’étanchéité lorsque la cuve est placée sous une pression inférieure à la pression atmosphérique (ce qui n’était pas jusqu’alors prévu dans l’état de la technique). Ceci est notamment susceptible de se réaliser lorsque le gaz liquéfié est principalement stocké dans la cuve dans un état thermodynamique sous-refroidi, c'est-à-dire à une température qui est inférieure à la température d’équilibre liquide-vapeur du gaz considéré à la pression de stockage du gaz dans la cuve.
Or, la demanderesse a récemment développé des dispositifs de refroidissement permettant de diminuer la température d’une portion du gaz liquéfié stocké dans la cuve en dessous de sa température d’équilibre liquide-vapeur de manière à limiter l’évaporation naturelle du gaz liquéfié et permettre son stockage durable. Un tel procédé est donc particulièrement adapté pour répondre aux besoins spécifiques des cuves équipées de tels dispositifs de refroidissement.
En effet, dans les applications de stockage de gaz liquéfié dans lesquelles un sous-refroidissement du gaz liquéfié est mis en œuvre, la phase vapeur dans le ciel gazeux de la cuve et la phase liquide du gaz liquéfié ne sont pas, en tout point de la cuve, à l’équilibre. La phase vapeur est susceptible de se réchauffer et a tendance à se stratifier à l'intérieur de la cuve. Il peut ainsi être constaté des gradients de température de l’ordre de 100°C dans la phase vapeur lorsque la cuve est peu remplie et qu’aucun brassage n’est mis en œuvre dans la cuve pour homogénéiser la température de la phase vapeur. L’interface entre la phase vapeur et la phase liquide est à l’état stationnaire, à l’équilibre. C’est à cette interface que la phase vapeur se condense ou que la phase liquide s’évapore en fonction des conditions de température et de pression locales.
Aussi, lorsque la cuve est disposée dans un navire et que celui-ci est soumis à la houle, l’interface entre la phase vapeur et la phase liquide est susceptible de changer brusquement de géométrie, de position et de constitution. Ainsi, un brusque mouvement de la cargaison dans la cuve est susceptible d'entraîner une condensation instantanée d'une quantité importante de phase gazeuse et, par conséquent, de provoquer une brusque mise en dépression de l'espace interne de la cuve.
Or, pour garantir l’intégrité de la membrane d’étanchéité, il convient de s'assurer que la pression régnant dans l’espace intérieur de la cuve ne soit jamais largement inférieure à la pression dans la barrière thermiquement isolante, à défaut de quoi une telle dépression dans l'espace interne de la cuve serait susceptible d’endommager la membrane d’étanchéité en provoquant son arrachage. Dès lors, en prenant en compte soit la température de la phase liquide stockée dans la cuve soit le seuil minimum de température susceptible d’être atteint par la phase liquide du gaz liquéfié, pour établir la pression cible à l'intérieur de la barrière thermiquement isolante, il est possible de s'assurer que la pression régnant à l'intérieur de la barrière thermiquement isolante soit suffisamment faible pour rester inférieure à la pression susceptible d'être atteinte dans l'espace intérieure en cas de condensation instantanée d'une partie de la phase vapeur de la cargaison, et cela sans entraîner des dépenses énergétiques superflues.
Selon d’autres modes de réalisation avantageux, un tel procédé peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - L’on obtient la variable T par mesure de la température de la phase liquide du gaz liquéfié ou par mesure d’un paramètre de fonctionnement du dispositif de refroidissement du gaz liquéfié représentatif du seuil minimum de température susceptible d’être atteint par la phase liquide du gaz liquéfié. - La variable T est obtenue par réception d’un paramètre de fonctionnement du dispositif de refroidissement du gaz liquéfié représentatif du seuil de température minimum susceptible d’être atteint par la phase liquide du gaz liquéfié. - La fonction U est une transformation affine d’une fonction représentative d’une courbe d’équilibre liquide-vapeur dans un diagramme température pression du gaz liquéfié ou d’un composant du gaz liquéfié qui, parmi les composants constituant le gaz liquéfié qui sont présents dans un proportion en mole supérieure à 5 %, présente la température de vaporisation la plus faible. - La fonction U est de la forme fi(T) = g(T) - Si ; g étant une fonction représentative d’une courbe d’équilibre liquide-vapeur dans un diagramme température pression du gaz liquéfié ou d’un composant du gaz liquéfié qui, parmi les composants constituant le gaz liquéfié qui sont présents dans une proportion en mole supérieure à 5 %, présente la température de vaporisation la plus faible et £i étant une constante positive. - La constante ει est, par exemple, comprise entre 10 et 30 mbars. - La membrane d’étanchéité est une membrane d’étanchéité primaire et la barrière thermiquement isolante est une barrière thermiquement isolante primaire, la structure multicouche comportant en outre une barrière thermiquement isolante secondaire qui repose contre la structure porteuse et comporte des matières solides et une phase gazeuse et une membrane d’étanchéité secondaire disposée entre la barrière thermiquement isolante secondaire et la barrière thermiquement isolante primaire. - Le dispositif de pompage comporte une seconde pompe à vide connectée à la barrière thermiquement isolante secondaire afin de placer la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante secondaire sous une pression relative négative ; le procédé comportant les étapes de : -mesurer une pression P2 de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante secondaire ; et - commander la seconde pompe à vide de manière à asservir la pression P2 de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante à une pression de consigne Pc2. - Selon un mode de réalisation, l’on détermine la seconde pression de consigne P02 au moyen de la relation Pc2 = f2(T) ; f2 étant une fonction monotone croissante. - La fonction f2 est une transformation affine d’une fonction représentative d’une courbe d’équilibre liquide-vapeur dans un diagramme température pression du gaz liquéfié ou d’un composant du gaz liquéfié qui, parmi les composants constituant le gaz liquéfié qui sont présents dans une proportion en mole supérieure à 5 %, présente la température de vaporisation la plus faible d’une courbe d’équilibre liquide-vapeur du gaz liquéfié ou d’un composant majoritaire du gaz liquéfié dans un diagramme température pression. - La fonction f2 est de la forme f2(T) = g(T) - ε2 ; g étant une fonction représentative d’une courbe d’équilibre liquide-vapeur dans un diagramme température pression du gaz liquéfié ou d’un composant du gaz liquéfié qui, parmi les composants constituant le gaz liquéfié qui sont présents dans un proportion en mole supérieure à 5 %, présente la température de vaporisation la plus faible et ε2 étant une constante positive. - La constante s2est par exemple comprise entre 10 et 30 mbars. - Selon un autre mode de réalisation, l’on établit la seconde pression de consigne Pc2 au moyen de la relation Pc2 = h (P1) avec h une fonction monotone croissante. - La fonction h est de la forme h (P1 ) = P1 - ε’2 ; ε’2 étant une constante. - La constante s’2est par exemple comprise entre 10 et 30 mbars.
Selon un mode de réalisation, l’invention concerne un procédé de pilotage comportant : - commander la pompe à vide en fonction d'une pression de consigne Pci et d’une mesure de la pression Pi de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante ; - mesurer la température T de la phase liquide du gaz liquéfié ; et - déterminer la pression de consigne Pci au moyen d’une relation Pci = fi(T) ; U étant une fonction monotone croissante.
Une autre idée à la base de l’invention est de proposer un procédé de pilotage d’un dispositif de refroidissement d’un gaz liquéfié qui permette de protéger efficacement au moins une membrane d’étanchéité de la cuve.
Selon un mode de réalisation, l’invention concerne un procédé de pilotage d’un dispositif de refroidissement d’un gaz liquéfié associé à une installation de stockage d’un gaz liquéfié ; ladite installation comportant : - une cuve étanche et thermiquement isolante destinée à contenir un gaz liquéfié sous une forme diphasique avec une phase liquide et une phase vapeur ; la cuve comportant des parois présentant une structure multicouche comprenant une membrane d’étanchéité en contact avec le gaz liquéfié et une barrière thermiquement isolante disposée entre la membrane d’étanchéité et une structure porteuse, ladite barrière thermiquement isolante comportant des matières solides et une phase gazeuse ; - un capteur de pression apte à mesurer une pression P-\ de la phase gazeuse dans la barrière thermiquement isolante ; et - un dispositif de pompage comportant une pompe à vide connectée à la barrière thermiquement isolante et agencée pour placer la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante sous une pression relative négative et un module de commande qui est agencé pour commander la pompe à vide de manière à asservir la pression P1 de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante à une pression de consigne Pd ; - le dispositif de refroidissement étant agencé pour abaisser la température d’une portion du gaz liquéfié en dessous de la température d’équilibre liquide-vapeur du gaz liquéfié à la pression de stockage du gaz liquéfié dans la cuve ; ledit procédé de pilotage du dispositif de refroidissement du gaz liquéfié comportant : - déterminer un seuil minimum de température Tmin du gaz liquéfié au moyen d’une relation Tmin= f3(Pc1), f3 étant une fonction monotone croissante ; - piloter le dispositif de refroidissement en fonction du seuil minimum de température
Tmin de telle sorte que la température du gaz liquéfié ne descende pas en dessous dudit seuil minimum de température Tmin.
Selon d’autres modes de réalisation avantageux, un tel procédé peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - La fonction f3 est une fonction représentative d’une courbe d’équilibre liquide-vapeur dans un diagramme température pression du gaz liquéfié ou d’un composant du gaz liquéfié qui, parmi les composants constituant le gaz liquéfié qui sont présents dans une proportion en mole supérieure à 5 %, présente la température de vaporisation la plus faible. - En d’autres termes, l’on détermine un seuil minimum de température Tmin qui correspond à la température d’équilibre liquide-vapeur du gaz liquéfié ou d’un composant majoritaire du gaz liquéfié à la pression de consigne Pci de telle sorte que la phase liquide du gaz liquéfié contenu dans la cuve ne pourra atteindre une température suffisamment basse pour qu’un brusque mouvement de la cargaison entraîne une dépression dans l’espace intérieur de la cuve qui soit supérieure à la dépression régnant dans la barrière thermiquement isolante.
Selon un mode de réalisation, l’invention fournit également une installation de stockage d’un gaz liquéfié comportant : - une cuve étanche et thermiquement isolante destinée à contenir un gaz liquéfié sous une forme diphasique avec une phase liquide et une phase vapeur ; la cuve comportant des parois présentant une structure multicouche comprenant une membrane d’étanchéité en contact avec le gaz liquéfié et une barrière thermiquement isolante disposée entre la membrane d’étanchéité et une structure porteuse, ladite barrière thermiquement isolante comportant des matières solides et une phase gazeuse ; - un capteur de pression apte à mesurer la pression Pi de la phase gazeuse dans la barrière thermiquement isolante ; et - un dispositif de pompage comportant une pompe à vide connectée à la barrière thermiquement isolante et agencée pour placer la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante sous une pression relative négative et un module de commande qui est agencé pour : • déterminer une pression de consigne PGi au moyen d’une relation Pci = fi(T) ; ^ étant une fonction monotone croissante et T étant une variable représentative de la température réelle de la phase liquide du gaz liquéfié ou de la température minimum susceptible d’être atteinte par la phase liquide du gaz liquéfié pour un fonctionnement déterminé d’un dispositif de refroidissement du gaz liquéfié ; et • commander la pompe à vide de manière à asservir la pression P1 de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante à la pression de consigne Pci.
Selon d’autres modes de réalisation avantageux, une telle installation peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - L’installation comporte en outre un capteur de température apte à mesurer la température T de la phase liquide du gaz liquéfié et à la délivrer au module de commande. - L’installation comporte en outre un dispositif de refroidissement du gaz liquéfié agencé pour abaisser la température d’une portion du gaz liquéfié en dessous de la température d’équilibre liquide-vapeur du gaz liquéfié à la pression de stockage du gaz liquéfié dans la cuve. - Le dispositif de refroidissement est agencé pour respecter un seuil de température minimum pour la phase liquide du gaz liquéfié et dans lequel le module de commande est raccordé au dispositif de refroidissement et est agencé pour déterminer la pression de consigne Pci en prenant comme variable T le seuil de température minimum. - L’installation comporte un capteur apte à mesurer un paramètre de fonctionnement du dispositif de refroidissement du gaz liquéfié représentatif du seuil minimum susceptible d’être atteint par la phase liquide du gaz liquéfié. - La membrane d’étanchéité est une membrane d’étanchéité primaire et la barrière thermiquement isolante est une barrière thermiquement isolante primaire, la structure multicouche comportant en outre une barrière thermiquement isolante secondaire qui repose contre la structure porteuse et comporte des matières solides et une phase gazeuse et une membrane d’étanchéité secondaire disposée entre la barrière thermiquement isolante secondaire et la barrière thermiquement isolante primaire. - L’installation comporte en outre un second capteur de pression apte à mesurer la pression P2 dans la barrière thermiquement isolante secondaire. - Le dispositif de pompage comporte en outre une seconde pompe à vide connectée à la barrière thermiquement isolante secondaire afin de placer la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante secondaire sous une pression relative négative. - Le module de commande est agencé pour commander la seconde pompe à vide de manière à asservir la pression P2 de la phase gazeuse de la barrière
I thermiquement isolante secondaire à une pression de consigne Pc2. - Selon un mode de réalisation, le dispositif de refroidissement du gaz liquéfié est un dispositif de vaporisation pour le refroidissement du gaz liquéfié; ledit dispositif de vaporisation comportant : - une enceinte de vaporisation agencée dans l’espace intérieur de la cuve, l’enceinte de vaporisation comportant des parois d’échange de chaleur permettant un échange de chaleur entre un espace intérieur de l’enceinte de vaporisation et le gaz liquéfié présent dans l’espace intérieur de la cuve ; - un circuit d’entrée comportant une admission débouchant dans l’espace intérieur de la cuve pour prélever un flux de gaz liquéfié en phase liquide dans la cuve et un organe de perte de charge débouchant dans l’espace intérieur de l’enceinte de vaporisation afin de détendre le flux de gaz prélevé ; - un circuit de sortie agencé pour évacuer le flux de gaz prélevé, en phase gazeuse depuis l’enceinte de vaporisation vers un circuit d’utilisation de gaz en phase vapeur ; ledit circuit de sortie comportant une pompe à vide apte à aspirer le flux de gaz dans l’enceinte de vaporisation, à le refouler vers le circuit d’utilisation de gaz en phase vapeur et à maintenir dans l’enceinte de vaporisation une pression absolue inférieure à la pression atmosphérique. - Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de refroidissement du gaz liquéfié comporte un circuit de prélèvement de gaz en phase vapeur comportant : - une admission débouchant dans l’espace intérieur de la cuve au-dessus d’une hauteur maximale de remplissage de la cuve de manière à déboucher, lorsque la cuve est remplie, dans une zone de la phase vapeur en contact avec une zone de l’interface séparant la phase liquide inférieure et la phase vapeur supérieure ; et - une pompe à vide apte à aspirer à travers l’admission un flux de gaz en phase vapeur présent dans la zone de la phase vapeur, à le refouler vers un circuit d’utilisation de gaz en phase vapeur et à maintenir dans la zone de la phase vapeur une pression inférieure à la pression atmosphérique de telle sorte qu’une vaporisation de la phase liquide soit favorisée au niveau de la zone d’interface et que le gaz liquéfié en contact avec la zone de l’interface soit placé dans un état d’équilibre diphasique liquide-vapeur dans lequel le gaz liquéfié présente une température inférieure à la température d’équilibre liquide-vapeur dudit gaz liquéfié à pression atmosphérique.
Une telle installation peut faire partie d’une installation de stockage terrestre, par exemple pour stocker du GNL ou être installée dans une structure flottante, côtière ou en eau profonde, notamment un navire méthanier, une unité flottante de stockage et de regazéification (FSRU), une unité flottante de production et de stockage déporté (FPSO) et autres.
Selon un mode de réalisation, un navire comporte une double coque et une installation précitée, la cuve de l’installation de stockage d’un gaz liquéfié étant disposée dans la double coque.
Selon un mode de réalisation, l’invention fournit aussi un procédé de chargement ou déchargement d’un tel navire, dans lequel on achemine un fluide à travers des canalisations isolées depuis ou vers une installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.
Selon un mode de réalisation, l’invention fournit aussi un système de transfert pour un fluide, le système comportant le navire précité, des canalisations isolées agencées de manière à relier la cuve installée dans la coque du navire à une installation de stockage flottante ou terrestre et une pompe pour entraîner un fluide à travers les canalisations isolées depuis ou vers l’installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.
Brève description des figures L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. - La figure 1 illustre schématiquement une installation de stockage et de refroidissement d’un gaz liquéfié selon un premier mode de réalisation. - La figure 2 illustre schématiquement une installation de stockage et de refroidissement d’un gaz liquéfié selon un second mode de réalisation. - La figure 3 illustre schématiquement une installation de stockage et de refroidissement d’un gaz liquéfié selon un troisième mode de réalisation. - La figure 4 illustre schématiquement une installation de stockage et de refroidissement d’un gaz liquéfié selon un quatrième mode de réalisation. - La figure 5 est un diagramme d’équilibre liquide-vapeur du méthane. - La figure 6 est une représentation schématique écorchée d’un navire méthanier équipé d’une cuve et d’un terminal de chargement/déchargement de cette cuve.
Description détaillée de modes de réalisation
Dans la description et les revendications, le terme « gaz » présente un caractère générique et vise indifféremment un gaz constitué d’un seul corps pur ou un mélange gazeux constitué d’une pluralité de composants. Un gaz liquéfié désigne ainsi un corps chimique ou un mélange de corps chimiques qui a été placé dans une phase liquide à basse température et qui se présenterait dans une phase vapeur dans les conditions normales de température et de pression.
Sur la figure 1, une installation 1 de stockage et de refroidissement d’un gaz liquéfié selon un premier mode de réalisation est représentée. Une telle installation 1 peut être installée sur un ouvrage flottant comme un méthanier, une barge de liquéfaction ou de regazéification. L’installation 1 comporte une cuve 2 étanche et thermiquement isolante à membranes. La cuve 2 comporte des parois présentant une structure multicouche comportant, depuis l’extérieur vers l’intérieur de la cuve 2, une barrière thermiquement isolante secondaire 3 comportant une phase gazeuse et des éléments isolants reposant contre une structure porteuse 4, une membrane d’étanchéité secondaire 5 reposant contre la barrière thermiquement isolante secondaire 3, une barrière thermiquement isolante primaire 6 comportant des éléments isolants reposant contre ia membrane d’étanchéité secondaire 5 et une phase gazeuse et une membrane d’étanchéité primaire 7 destinée à être en contact avec le gaz liquéfié 8 contenu dans la cuve. A titre d’exemple, de telles cuves 2 à membranes sont décrites dans les demandes de brevet W014057221, FR2691520 et FR2877638.
Selon un mode de réalisation, la cuve est équipée d’un dispositif de collecte de vapeur, non illustré, traversant une paroi de plafond de la cuve et débouchant en partie supérieure de l’espace interne de la cuve. Un tel dispositif est équipé d’une soupape agencée pour permettre une évacuation de la vapeur de l’intérieur vers l’extérieur de la cuve lorsque la pression à l’intérieur de l’espace interne de la cuve 2 est supérieure à un seuil. Un tel dispositif de collecte de vapeur permet ainsi d’éviter de générer des surpressions à l’intérieur de la cuve 2. La soupape est en outre configurée de sorte à interdire à un flux de gaz de s’écouler, dans le dispositif de collecte de vapeur, de l’extérieur vers l’intérieur de la cuve 2 et permet ainsi une mise en dépression de l’espace interne de la cuve 2. A titre d’exemple, un tel dispositif de collecte de vapeur est décrit dans le document WO2013093261.
Le gaz liquéfié 8 est un gaz combustible. Le gaz liquéfié 8 peut notamment être un gaz naturel liquéfié (GNL), c’est-à-dire un mélange gazeux comportant majoritairement du méthane ainsi qu’un ou plusieurs autres hydrocarbures, tels que l’éthane, le propane, le n-butane, le i-butane, le n-pentane le i-pentane, le néopentane, et de l’azote en faible proportion. Le gaz combustible peut également être de l’éthane ou un gaz de pétrole liquéfié (GPL), c’est-à-dire un mélange d’hydrocarbures issu du raffinage du pétrole comportant essentiellement du propane et du butane.
Le gaz liquéfié 8 est stocké dans l’espace intérieur de la cuve 2 dans un état diphasique liquide-vapeur. Le gaz liquéfié 8 est donc présent en phase vapeur dans la partie supérieure de la cuve 2 et en phase liquide dans la partie inférieure de la cuve 2. L’installation 1 comporte en outre un dispositif de refroidissement du gaz liquéfié stocké dans la cuve 2 agencé pour faire baisser la température d’une portion de la phase liquide du gaz liquéfié 8 en dessous de la température d’équilibre liquide-vapeur dudit gaz liquéfié 7, à la pression de stockage du gaz liquéfié 8 dans la cuve 2. Ainsi, une portion du gaz liquéfié est placée dans un état thermodynamique sous-refroidi.
Pour ce faire, dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, l’installation comporte un dispositif de vaporisation 20 destiné à prélever un flux de gaz en phase liquide de la cuve 2 et à le détendre afin de le vaporiser en utilisant la chaleur latente de vaporisation du gaz pour refroidir le gaz liquéfié 8 resté dans la cuve 2.
Le principe de fonctionnement d’un tel dispositif de vaporisation 20 est mentionné en relation avec la figure 5 qui représente un diagramme d’équilibre liquide-vapeur du méthane. Ce diagramme représente le domaine, noté L, dans lequel le méthane se présente en phase liquide et le domaine, noté V, dans lequel le méthane se présente en phase vapeur, en fonction de la pression représentée en abscisse et de la température représentée en ordonnée.
Le point P1 représente un état d’équilibre diphasique correspondant à l’état du méthane stocké dans la cuve 2 à la pression atmosphérique et à une température d’environ -162°C. Lorsque du méthane dans un tel état d’équilibre est prélevé de la cuve 2 puis détendu dans le dispositif de vaporisation 20, par exemple à une pression absolue d’environ 500 mbars, l’équilibre du méthane détendu se déplace vers la gauche jusqu’au point P2. Le méthane ainsi détendu subit donc une diminution de température d’environ 7 °C. Dès lors, le méthane prélevé étant mis en contact thermique via le dispositif de vaporisation 20 avec le méthane resté dans la cuve 2, il se vaporise au moins partiellement et, en se vaporisant, soustrait au méthane liquide stocké dans la cuve 2 les calories nécessaires à sa vaporisation ce qui permet de refroidir le méthane liquide restant dans la cuve 2.
Le méthane restant dans la cuve 2 se trouve par conséquent placé à une température inférieure à sa température d’équilibre à la pression de stockage du méthane dans la cuve 2.
En revenant à la figure 1, l’on observe que le dispositif de vaporisation 20 comporte : - un circuit d’entrée comportant une admission 21 immergée dans la phase liquide du gaz liquéfié 8 stocké dans le cuve 2 ; - une ou plusieurs enceintes de vaporisation 22 immergées dans la phase liquide et/ou la phase vapeur du gaz liquéfié 8 et comportant des parois d’échange de chaleur, immergées dans le gaz liquéfié stocké dans le cuve 2, de manière à mettre en contact thermique le flux de gaz prélevé avec le gaz liquéfié restant dans la cuve 2; et - un circuit de sortie 23 pour évacuer le flux de gaz en phase vapeur vers un circuit d’utilisation de gaz en phase vapeur 25.
Le circuit d’entrée est équipé d’un ou plusieurs organes de perte de charge, non illustrés, permettant de créer une perte de charge et débouchant à l’intérieur de l’enceinte de vaporisation 22 de manière à détendre le flux de gaz liquéfié prélevé.
Le dispositif de vaporisation est également équipé d’une pompe à vide 24, disposée hors de la cuve et associée au circuit de sortie 23. La pompe à vide 24 permet d’aspirer un flux de gaz liquéfié stocké dans la cuve 2 vers l’enceinte de vaporisation 22 et de le refouler en phase vapeur vers un circuit d’utilisation de gaz en phase vapeur 25. Pour le gaz naturel liquéfié, la pression absolue de travail régnant à l’intérieur de l’enceinte de vaporisation 22 est comprise entre 120 et 950 mbars, avantageusement entre 650 et 850 mbars, et par exemple de l’ordre de 750 mbars.
Dans le cas d’une installation embarquée sur un navire, le circuit d’utilisation du gaz en phase vapeur 25 peut notamment être relié à un équipement de production d’énergie du groupe motopropulseur, non représenté, permettant de propulser le navire. Un tel équipement de production d’énergie est notamment choisi parmi les moteurs thermiques, les piles à combustion et les turbines à gaz.
Sur la figure 2, l’installation 1 est équipée d’un autre dispositif de refroidissement du gaz liquéfié permettant de placer le gaz liquéfié 8 dans un état thermodynamique sous-refroidi.
Pour ce faire, l’installation 1 comporte ici un circuit de prélèvement de gaz en phase vapeur 9. Le circuit de prélèvement de gaz en phase vapeur 9 comporte un conduit 10 passant au travers d’une paroi de la cuve 2 afin de définir un passage d’évacuation de la phase vapeur, de l’intérieur vers l’extérieur de la cuve 2. Le conduit 10 comporte une admission 11 débouchant à l’intérieur de l’espace intérieur de la cuve 2 dans une cloche à dépression 31. La cloche à dépression 31 est un corps creux disposé dans la partie supérieure de l’espace intérieur de la cuve 2 de telle sorte que sa portion supérieure soit en contact et remplie avec la phase vapeur du gaz liquéfié 8 stocké dans la cuve 2 et que sa portion inférieure soit immergée dans la phase liquide du gaz liquéfie 8 stocké dans la cuve 2. L’admission 11 du circuit de prélèvement de gaz en phase vapeur 9 débouche dans la portion supérieure de la cloche à dépression 20.
Le circuit de prélèvement 9 comporte également une pompe à vide 12 qui est raccordée, en amont, à la conduite et, en aval, à un circuit d’utilisation de gaz en phase vapeur 13. La pompe à vide 12 est ainsi apte à aspirer, à travers la conduite 10, un flux de gaz en phase vapeur présent dans la cloche à dépression 31 et à le refouler vers le circuit d’utilisation de gaz en phase vapeur 13. Le circuit de prélèvement 9 comporte ici un clapet 19 ou une vanne anti-retour, disposé en amont ou en aval de la pompe à vide 12 et permettant ainsi d’éviter un retour du flux de gaz en phase vapeur vers l’espace intérieur de la cuve 2.
La pompe à vide 12 est apte à générer dans la portion supérieure de la cloche à dépression 31 une pression inférieure à la pression atmosphérique ce qui permet de favoriser une vaporisation du gaz liquéfié à l’intérieur de la cloche à dépression 20. Dès lors, la phase vapeur à l’intérieur de la cloche à dépression 31 étant placée à une pression inférieure à la pression atmosphérique, la vaporisation du gaz liquéfié 8 est favorisée à l’interface liquide/vapeur à l’intérieur de la cloche à dépression 31 tandis que le gaz liquéfié 8 stocké dans la cuve 2 est placée dans un état d’équilibre diphasique liquide-vapeur dans lequel le gaz liquéfié 8 présente une température inférieure à la température d’équilibre liquide-vapeur dudit gaz liquéfié à pression atmosphérique.
Dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 3, le dispositif de refroidissement comporte un dispositif de liquéfaction comportant un premier circuit 34 comportant une admission 32 apte à collecter du gaz liquéfié en phase vapeur dans l’espace intérieur de la cuve 2 et une sortie 33 apte à retourner du gaz liquéfié en phase liquide dans l’espace intérieur de la cuve 2. Le dispositif de liquéfaction comporte en outre un circuit frigorifique 35 dans lequel circule un fluide frigorigène. Le circuit frigorifique 35 comporte un compresseur 36, un condenseur 37, un réducteur de pression 38 et un évaporateur 39 dans lequel le fluide frigorigène s’évapore en prenant des calories au gaz liquéfié circulant dans le premier circuit 34. Un tel dispositif de refroidissement est notamment divulgué dans le document EP2853479.
Dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 4, le dispositif de refroidissement comporte une unité frigorifique 40 qui fait circuler de l’azote liquide à environ -196°C dans un tube 41 à épingle, ce qui a pour effet de réfrigérer le gaz liquéfié autour du tube 41. Etant donné que le gaz liquéfié réfrigéré devient plus dense, il subit un mouvement descendant dans la cuve 2 et le gaz liquéfié non encore réfrigéré subit inversement un mouvement ascendant. Ce mouvement de convection est canalisé par le puits de convection 42 afin de créer ce mouvement de convection dans toute la cuve 2. Au cours de sa circulation l’azote liquide subit une évaporation, ce qui permet de bénéficier de la chaleur latente d’évaporation de l’azote pour refroidir le gaz liquéfié. A la sortie du tube 23, l’azote est re-liquéfié dans l’unité frigorifique 41. Un tel dispositif de refroidissement est notamment décrit dans la demande FR2785034.
Notons que si plusieurs dispositifs de refroidissement du gaz liquéfié sont décrits ci-dessus, l’invention n’est en aucun cas limitée à l’un de ces dispositifs de refroidissement et tout autre dispositif de refroidissement permettant de refroidir le gaz liquéfié en dessous de sa température d’équilibre liquide-vapeur pourra être utilisé.
En revenant à la figure 1, on constate que l’installation 1 comporte, dans le mode de réalisation représenté, un dispositif de pompage qui comporte une pompe à vide 16 qui est raccordée à une canalisation 17 débouchant dans l’espace interne de la barrière thermiquement isolante primaire 6 et une pompe à vide 14 qui est raccordée à une canalisation 15 débouchant dans l’espace interne de de la barrière thermiquement isolante secondaire 3. Un tel dispositif de pompage vise à maintenir les phases gazeuses à l’intérieur des barrières thermiquement isolantes primaire 6 et secondaire 3 sous des pressions inférieures à la pression régnant dans l’espace intérieur de la cuve 2. Ainsi, les écarts de pression entre les membranes tendent à plaquer celles-ci vers l’extérieur et non à les arracher vers l’intérieur de la cuve 2.
Les pompes à vide 14, 16 sont des pompes cryogéniques, c’est-à-dire aptes à supporter des températures cryogéniques inférieures à -150 °C. Elles sont en outre conformes à la règlementation ATEX, c’est-à-dire conçues afin d’écarter tout risque d’explosion. Les pompes à vide 14, 16 peuvent être réalisées de diverses manières, par exemple de type Roots (c’est-à-dire à lobes rotatifs), à palettes, à anneau liquide, à vis, avec un effecteur de type venturi. L’installation 1 comporte en outre un module de commande 26 permettant de commander la pompe à vide 14 et la pompe à vide 16 de manière à réguler les pressions régnant dans la barrière thermiquement isolante primaire 6 et dans la barrière thermiquement isolante secondaire 3. Le module de commande 26 peut comporter un seul élément, comme dans le mode de réalisation représenté, ou deux éléments ; ceux-ci pouvant être respectivement associés à la commande de l’une et l’autre des deux pompes à vide 14,16.
Le module de commande 26 est connecté à au moins un capteur de température 27 qui est immergé dans la phase liquide du gaz liquéfié 8 stocké dans la cuve 2 et permet ainsi de délivrer une mesure de la température de la phase liquide du gaz liquéfié 8 stocké dans la cuve 2. De manière avantageuse, afin d’obtenir une mesure de température révélatrice des températures les plus basses dans la cuve 2, le capteur de température 27 est placé à proximité du fond de la cuve 2. De préférence, le capteur de température 27 est en outre positionné à proximité des parois d’échange de chaleur de l’enceinte de vaporisation 22. Le capteur de température 27 peut être réalisé par tout moyen tel qu’un thermocouple ou une sonde à résistance de platine, par exemple.
Par ailleurs, l’installation 1 comporte en outre au moins un capteur de pression 28 permettant de délivrer un mesure de la pression P1 de la phase gazeuse à l’intérieur de la barrière thermiquement isolante primaire 6 et un capteur de pression 29 permettant délivrer une mesure de la pression P2 de la phase gazeuse à l’intérieur de la barrière thermiquement isolante secondaire 3.
Le module de commande 26 est agencé pour générer une valeur de commande de la pompe à vide 16 en fonction d’une pression de consigne Pci et de la mesure de la pression P1 de la phase gazeuse à l’intérieur de la barrière thermiquement isolante primaire 6 de manière à asservir la pression P1 à la pression de consigne Pci. De la même manière, le module de commande 26 est agencé pour générer une valeur de commande de la pompe à vide 14 en fonction d’une pression de consigne Pc2 et de la mesure de la pression P2 de la phase gazeuse l’intérieur de la barrière thermiquement isolante primaire 6 de manière à asservir la pression P2 à la pression de consigne Pc2.
Par ailleurs, le module de commande 26 est également agencé pour déterminer, à tout moment, la pression de consigne Pci pour la barrière thermiquement isolante primaire 6, en fonction de la température mesurée par le capteur de température 27. En d’autres termes, la pression de consigne Pci est déterminée au moyen de la relation suivante :
- fi : une fonction monotone croissante ; et - T : la température de la phase liquide du gaz liquéfié 8, délivré par le capteur de température 27.
Plus particulièrement, la fonction fi est une transformation affine d’une fonction g représentative de la courbe d’équilibre liquide-vapeur dans un diagramme température pression du gaz liquéfié ou du composant du gaz liquéfié qui, parmi les autres composants du gaz liquéfié qui sont présents dans une quantité non négligeable (c’est-à-dire dans une proportion en mole supérieure à 5 %) présente la température de vaporisation la plus faible à pression atmosphérique. Aussi, la fonction fi est, par exemple, de la forme suivante :
- g : une fonction représentative de la courbe d’équilibre liquide-vapeur du gaz liquéfié ou du composant en quantité non négligeable le plus volatil du gaz liquéfié dans un diagramme température pression; et - Ei : une constante, par exemple de l’ordre de 10 à 30 mbars.
La fonction g permet de déterminer la pression de vapeur saturante associée à la température de la phase liquide mesurée dans la cuve 2 et permet ainsi de déterminer une valeur de pression minorant la pression absolue susceptible d’être atteinte en cas de condensation de la phase vapeur du gaz liquéfié stocké dans la cuve.
Selon un mode de réalisation, lorsque le gaz liquéfié est un mélange gazeux constitué d’une pluralité de composants, la fonction g est représentative de la courbe d’équilibre liquide vapeur du composant qui parmi les composants présents dans des quantités non négligeables est le plus volatil. Pour du gaz naturel liquéfié par exemple, la fonction g utilisée est représentative de la courbe d’équilibre liquide vapeur du méthane pur. Dès lors, en prenant comme référence la courbe d’équilibre liquide-vapeur du composant le plus volatil, on détermine une pression de vapeur saturante minorant la pression de vapeur saturante du mélange gazeux. Cette approche est simple et robuste et ne nécessite pas de déterminer en temps
réel la composition du gaz liquéfié, celle-ci étant susceptible de varier au cours du temps.
Toutefois, dans un autre mode de réalisation, afin de déterminer plus précisément la pression de vapeur Saturante associée à la température mesurée pour le gaz liquéfié stocké dans la cuve, il est également possible d’utiliser une fonction g qui soit représentative de la courbe d’équilibre liquide-vapeur du mélange gazeux réel. A titre d’exemple, la courbe d’équilibre du méthane dans un diagramme température pression pèut être approximée par la fonction suivante : g(T) = 3.673876 x ΐο-2τ'3''·-:9.5Ρ7262;Τ2;·+:'8.526565 x 102T - 2.568325 x 104 avec : - T : en Kelvin ; et - g(T) : en millibars. Τ'.ν·;7τ·:;\'Εη. considérant une température de la phase liquide du gaz liquéfié 8 stocké dans la cuve de 105 K, l’image d’une telle température par la fonction g précitée est de 565 millibars. Aussi, lorsque la température de la phase liquide du gaz liquéfié est de 105 Kelvin, la pression dans la cuve n’est théoriquement pas susceptible de descendre en dessous d’une pression absolue de 565 millibars. Dans un tel cas, dans l'hypothèse Ou la Constante ε-t, visant à prendre en compte les incertitudes de mesure de la température de la phase liquide et les phénomènes d'hétérogénéité de la température de la phase liquide à l’intérieur de la cuve, est égale a 20 millibars, la pression de consigné Pciest alors de 545 millibars.
On comprend ainsi qu’en plaçant la barrière thermiquement isolante primaire 6 sous une telle pression absolue dé 545 millibars, la pression à l'intérieur de la cuve 2 sera toujours supérieure à la pression régnant à rintérieur de la barrière thermiquement isolante primaire 6, ce qui permet de plaquerla membrane d’étanchéité primaire 7 contre la barrière thermiquement isolante secondaire 3 et évite son effondrement.
On remarquera que l’utilisation d’une fonction g représentative de la courbe d’équilibre liquide-vapeur du gaz liquéfié permet d’obtenir un compromis idéal entre sécurité de fonctionnement de l'installation et dépenses énergétiques nécessaires pour garantir cette sécurité de fonctionnement. Il est toutefois possible d’utiliser une fonction g sensiblement différente mais présentant un profil général équivalent si l’on accepte de diminuer la marge de sécurité ou d’augmenter les dépenses énergétiques.
Par ailleurs, le module de commande 26 est également agencé pour déterminer la pression de consigne PC2 pour la barrière thermiquement isolante secondaire 6.
Selon un mode de réalisation, la pression de consigne Pc2 est déterminée en fonction de la température T mesurée par le capteur de température 27 d’une manière similaire à la pression de consigne PC2. La pression de consigne Pc2 est donc déterminée au moyen de la relation suivante :
- f2 : une fonction monotone croissante; et - T : la température de la phase liquide du gaz liquéfié 8, délivré par le capteur de température 27.
Comme la fonction f1t la fonction f2 peut s’écrire sous la forme :
- g : une fonction représentative de la courbe d’équilibre liquide-vapeur du gaz liquéfié ou du composant majoritaire du gaz liquéfié dans un diagramme température pression; et - ε2 : une constante, par exemple de l’ordre de 10 à 30 mbars.
Selon un autre mode de réalisation, la pression de consigne Pc2 n’est pas déterminée en fonction de la température mesurée par le capteur de température 27 mais est déterminée en fonction de la pression P1 de la phase gazeuse dans la barrière thermiquement isolante primaire 6 au moyen de la relation suivante :
- h : une fonction monotone croissante ; et - P1 : la pression mesurée dans la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante primaire 6.
La fonction h est par exemple de la forme :
- ε’2 : une constante.
Selon une variante de réalisation, ε’2 est une constante positive, par exemple comprise entre 10 et 30 mbars. Ainsi, le procédé garantit que, à tout moment, la pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante secondaire 3 soit supérieure à celle de la barrière thermiquement isolante primaire 6 de telle sorte que la membrane d’étanchéité secondaire 5 est plaquée contre la barrière thermiquement isolante secondaire 3.
Selon une autre variante de réalisation, ε’2 est une constante négative, par exemple comprise entre - 10 et - 30 mbars. Ainsi, le procédé garantit que la pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante secondaire 3 est à tout moment supérieure à celle de la barrière thermiquement isolante primaire 6, ce qui permet d’éviter qu’en cas de défaut d’étanchéité des membranes d’étanchéité 5, 7, le gaz liquéfié 8 ne soit aspiré vers la barrière thermiquement isolante secondaire 3.
Selon d’autres modes de réalisation alternatif, la pression de consigne Pci pour la barrière thermiquement isolante primaire 6 et/ou la pression de consigne PC2 n’est pas déterminée en fonction d’une mesure de la température du gaz liquéfié 8 mais en prenant comme variable T dans les équations précitées, une variable correspondant à un seuil minimum susceptible d’être atteint par la phase liquide du gaz liquéfié, pour un état de fonctionnement déterminé du dispositif de refroidissement du gaz liquéfié.
Ainsi, selon un mode de réalisation équipé d’un dispositif de refroidissement du gaz liquéfié tel que décrit et illustré en relation avec la figure 1, l’installation comporte un capteur de température disposé à la sortie de l’enceinte de vaporisation 22 et mesurant soit la température du flux de gaz en phase vapeur circulant à l’intérieur de l’enceinte de vaporisation 22 soit la température d’une paroi de l’enceinte de vaporisation 22. En régime permanent de fonctionnement du dispositif de refroidissement, la température ainsi mesurée est représentative de la température minimum susceptible d’être atteinte par la phase liquide du gaz liquéfié 8 stocké à l’intérieur de la cuve 2. Dès lors, en prenant une température ainsi mesurée comme valeur de T dans les équations précitées, le procédé de pilotage de la pompe à vide 16 et de la pompe à vide 14, permet également de garantir que les pressions des phases gazeuses à l’intérieur des barrières thermiquement isolantes primaires 6 et secondaires 3 soient à tout moment inférieures à la pression dans l’espace intérieur de la cuve 2.
De la même manière, lorsque le dispositif de refroidissement du gaz liquéfié est un dispositif de liquéfaction comportant un circuit de circulation de gaz liquéfié coopérant avec un circuit frigorifique tel que représenté sur la figure 3, l’installation peut comporter un capteur de température disposé dans le circuit frigorifique et mesurant la température de retour du fluide frigorifique à la sortie de l’évaporateur 39. En régime permanent de fonctionnement du dispositif de refroidissement, la température ainsi mesurée est également représentative de la température minimum susceptible d’être atteinte par la phase liquide du gaz liquéfié 8 stocké à l’intérieur de la cuve 2 et peut donc également être utilisée pour la détermination de la pression de consigne Pc1, et optionnellement pour la détermination de la pression de consigne Pc2.
Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de refroidissement du gaz liquéfié est agencé pour respecter un seuil de température minimum Tmin pour la phase liquide du gaz liquéfié. En d’autres termes, le dispositif de refroidissement du gaz liquéfié est piloté de telle sorte que la température de la phase liquide du gaz liquéfié ne descende pas en dessous dudit seuil de température Tmin. Les paramètres de fonctionnement du dispositif de refroidissement sont donc fixés de telle sorte que la température de la phase liquide du gaz liquéfié ne descende pas en dessous du seuil précité. A titre d'exemple, pour une installation équipée d’un dispositif de refroidissement du gaz liquéfié, tel que décrit et illustré en relation avec la figure 1, le seuil de température minimum peut être garanti en fixant une pression seuil correspondante, à l’intérieur de l’enceinte de vaporisation 22.
De même, pour une installation équipée d’un dispositif de refroidissement du gaz liquéfié, tel que décrit et illustré en relation avec la figure 2, le seuil de température minimum peut être garanti en fixant une pression seuil correspondante à l’intérieur de la cloche à dépression 31.
Lorsque le dispositif de refroidissement du gaz liquéfié est un dispositif de liquéfaction comportant un circuit de circulation de gaz coopérant avec un circuit frigorifique, le respect du seuil de température minimum peut être assuré en fixant un débit ou une pression seuil pour le fluide frigorigène dans le circuit frigorifique. Alternativement, l’on peut mesurer la température sur les ailettes de l’évaporateur du circuit frigorifique et réguler la puissance du circuit frigorifique, avec un coefficient de sécurité adapté, en fonction de la température mesurée de manière à respecter le seuil de température minimum précité.
Selon une variante de réalisation, le seuil de température Tmin est préalablement fixé puis communiqué au module de commande 26. La pression de consigne Pci est alors déterminée par le module de commande 26 en prenant le seuil de température Tmin comme valeur de T dans l’équation Pci = fi(T) = g(T) -
Selon une variante de réalisation alternative, c’est la pression de consigne Pc1 qui est préalablement fixée puis communiquée au dispositif de refroidissement. Dans ce cas, le seuil de température Tmin est déterminé au moyen d’une relation Tmin = Î3(Pci) ! avec : - f3 : une fonction représentative de la courbe d’équilibre liquide-vapeur du gaz liquéfié ou d’un composant majoritaire du gaz liquéfié dans un diagramme pression température ; et - Pd : la pression de consigne dans la barrière thermiquement isolante primaire 6.
En référence à la figure 6, une vue écorchée d’un navire méthanier 70 montre une cuve étanche et isolée 71 de forme générale prismatique montée dans la double coque 72 du navire. La paroi de la cuve 71 comporte une barrière étanche primaire destinée à être en contact avec le GNL contenu dans la cuve, une barrière étanche secondaire agencée entre la barrière étanche primaire et la double coque 72 du navire, et deux barrières isolante agencées respectivement entre la barrière étanche primaire et ia barrière étanche secondaire et entre la barrière étanche secondaire et la double coque 72.
De manière connue en soi, des canalisations de chargement/déchangement 73 disposées sur le pont supérieur du navire peuvent être raccordées, au moyen de connecteurs appropriées, à un terminal maritime ou portuaire pour transférer une cargaison de GNL depuis ou vers la cuve 71.
La figure 6 représente un exemple de terminal maritime comportant un poste de chargement et de déchargement 75, une conduite sous-marine 76 et une installation à terre 77. Le poste de chargement et de déchargement 75 est une installation fixe off-shore comportant un bras mobile 74 et une tour 78 qui supporte le bras mobile 74. Le bras mobile 74 porte un faisceau de tuyaux flexibles isolés 79 pouvant se connecter aux canalisations de chargement/déchargement 73. Le bras mobile 74 orientable s’adapte à tous les gabarits de méthaniers. Une conduite de liaison non représentée s'étend à l'intérieur de la tour 78. Le poste de chargement et de déchargement 75 permet le chargement et le déchargement du méthanier 70 depuis ou vers l'installation à terre 77. Celle-ci comporte des cuves de stockage de gaz liquéfié 80 et des conduites de liaison 81 reliées par la conduite sous-marine 76 au poste de chargement ou de déchargement 75. La conduite sous-marine 76 permet le transfert du gaz liquéfié entre le poste de chargement ou de déchargement 75 et l'installation à terre 77 sur une grande distance, par exemple 5 km, ce qui permet de garder le navire méthanier 70 à grande distance de la côte pendant les opérations de chargement et de déchargement.
Pour engendrer la pression nécessaire au transfert du gaz liquéfié, on met en oeuvre des pompes embarquées dans le navire 70 et/ou des pompes équipant l'installation à terre 77 et/ou des pompes équipant le poste de chargement et de déchargement 75.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. L’usage du verbe « comporter », « comprendre » ou « inclure » et de ses formes conjuguées n’exclut pas la présence d’autres éléments ou d’autres étapes que ceux énoncés dans une revendication. L’usage de l’article indéfini « un » ou « une » pour un élément ou une étape n’exclut pas, sauf mention contraire, la présence d’une pluralité de tels éléments ou étapes.
Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication.

Claims (23)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de pilotage d’un dispositif de pompage associé à une cuve (2) étanche et thermiquement isolante ; ladite cuve (2) contenant un gaz liquéfié (8) présentant une phase liquide et une phase vapeur et comportant des parois présentant une structure multicouche comprenant une membrane d’étanchéité (7) en contact avec le gaz liquéfié (8) et une barrière thermiquement isolante (3, 6) disposée entre la membrane d’étanchéité (7) et une structure porteuse (4), ladite barrière thermiquement isolante (3, 6) comportant des matières solides et une phase gazeuse ; ledit dispositif de pompage comportant une pompe à vide (14, 16) connectée à la barrière thermiquement isolante (3, 6) afin de placer la phase gazeuse sous une pression relative négative ; ledit procédé comprenant les étapes de : -mesurer une pression P1 de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante (3, 6); - déterminer une pression de consigne Pci au moyen d’une relation Pci = fi(T) ; fi étant une fonction monotone croissante et T étant une variable représentative d’une température mesurée de la phase liquide du gaz liquéfié (8) ou d’un seuil minimum de température susceptible d’être atteint par la phase liquide du gaz liquéfié (8) et correspondant à un état de fonctionnement d’un dispositif de refroidissement du gaz liquéfié (8) ; - commander la pompe à vide (14, 16) de manière à asservir la pression Pi de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante (3, 6) à la pression de consigne Pci .
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’on obtient la variable T par mesure de la température de la phase liquide du gaz liquéfié (8) ou par mesure d’un paramètre de fonctionnement du dispositif de refroidissement du gaz liquéfié représentatif du seuil minimum de température susceptible d’être atteint par la phase liquide du gaz liquéfié.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’on obtient la variable T par réception d’un paramètre de fonctionnement du dispositif de refroidissement du gaz liquéfié représentatif du seuil de température minimum <-* ι ιλλ/μλ+ΪΚΙλ λΙ !Â+ΛΛ i* le nkaee lie· i elii llei léflé / O \ ουουομιιϋιο u ciio du^iiu peu ιa pi iaoe iiv^uiuc; uu
  4. 4. Procédé selon la revendication 1 à 3, dans lequel la fonction U est une transformation affine d’une fonction représentative d’une courbe d’équilibre liquide-vapeur dans un diagramme température pression du gaz liquéfié (8) ou d’un composant du gaz liquéfié (8) qui, parmi les composants constituant le gaz liquéfié qui sont présents dans un proportion en mole supérieure à 5 %, présente la température de vaporisation la plus faible.
  5. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la fonction U est de la forme f^T) = g(T) - ει ; g étant une fonction représentative d’une courbe d’équilibre liquide-vapeur dans un diagramme température pression du gaz liquéfié (8) ou d’un composant du gaz liquéfié (8) qui, parmi les composants constituant le gaz liquéfié qui sont présents dans une proportion en mole supérieure à 5 %, présente la température de vaporisation la plus faible et ει étant une constante positive.
  6. 6. Procédé selon la revendication 1 à 5, dans lequel la membrane d’étanchéité est une membrane d’étanchéité primaire (7) et la barrière thermiquement isolante est une barrière thermiquement isolante primaire (6), la structure multicouche comportant en outre une barrière thermiquement isolante secondaire (3) qui repose contre la structure porteuse (4) et comporte des matières solides et une phase gazeuse et une membrane d’étanchéité secondaire (5) disposée entre la barrière thermiquement isolante secondaire (3) et la barrière thermiquement isolante primaire (6).
  7. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le dispositif de pompage comporte une seconde pompe à vide (14) connectée à la barrière thermiquement isolante secondaire (3) afin de placer la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante secondaire (3) sous une pression relative négative ; le procédé comportant les étapes de : -mesurer une pression P2 de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante secondaire (3) ; et - commander la seconde pompe à vide (14) de manière à asservir la pression P2 de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante à une pression de consigne P c2-
  8. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l’on détermine la seconde pression de consigne P02au moyen de la relation PC2 = Î2(T) ; f2 étant une fonction monotone croissante.
  9. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la fonction f2 est une transformation affine d’une fonction représentative d’une courbe d’équilibre liquide-vapeur dans un diagramme température pression du gaz liquéfié (8) ou d’un composant du gaz liquéfié (8) qui, parmi les composants constituant le gaz liquéfié qui sont présents dans une proportion en mole supérieure à 5 %, présente la température de vaporisation la plus faible.
  10. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la fonction f2est de la forme f2(T) = g(T) - ε2 ; g étant une fonction représentative d’une courbe d’équilibre liquide-vapeur dans un diagramme température pression du gaz liquéfié (8) ou d’un composant du gaz liquéfié (8) qui, parmi les composants constituant le gaz liquéfié qui sont présents dans un proportion en mole supérieure à 5 %, présente la température de vaporisation la plus faible et ε2 étant une constante positive.
  11. 11. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l’on établit la seconde pression de consigne Pc2 au moyen de la relation PC2 = h (Pi) avec h une fonction monotone croissante.
  12. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la fonction h est de la forme h (PI ) = P1 - e ; ε’2 étant une constante.
  13. 13. Procédé de pilotage d’un dispositif de refroidissement d’un gaz liquéfié associé à une installation de stockage d’un gaz liquéfié ; ladite installation comportant : - une cuve (2) étanche et thermiquement isolante destinée à contenir un gaz liquéfié (8) sous une forme diphasique avec une phase liquide et une phase vapeur ; la cuve (2) comportant des parois présentant une structure multicouche comprenant une membrane d’étanchéité (7) en contact avec le gaz liquéfié et une barrière thermiquement isolante (3, 6) disposée entre la membrane d’étanchéité (7) et une structure porteuse (4), ladite barrière thermiquement isolante comportant des matières solides et une phase gazeuse ; - un capteur de pression (28) apte à mesurer une pression Pi de la phase gazeuse dans la barrière thermiquement isolante (3, 6) ; et - un dispositif de pompage comportant une pompe à vide (14, 16) connectée à la barrière thermiquement isolante (3, 6) et agencée pour placer la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante (3, 6) sous une pression relative négative et un module de commande (26) qui est agencé pour commander la pompe à vide (16) de manière à asservir la pression P1 de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante (3, 6) à une pression de consigne Pd ; - le dispositif de refroidissement étant agencé pour abaisser la température d’une portion du gaz liquéfié en dessous de la température d’équilibre liquide-vapeur du gaz liquéfié à la pression de stockage du gaz liquéfié dans la cuve ; ledit procédé de pilotage du dispositif de refroidissement du gaz liquéfié comportant : - déterminer un seuil minimum de température Tmin du gaz liquéfié au moyen d’une relation Tmin = f3(Pci), f3 étant une fonction monotone croissante ; - piloter le dispositif de refroidissement en fonction du seuil minimum de température Tmin de telle sorte que la température du gaz liquéfié ne descende pas en dessous dudit seuil minimum de température Tmin.
  14. 14. Installation (1) de stockage d’un gaz liquéfié comportant: - une cuve (2) étanche et thermiquement isolante destinée à contenir un gaz liquéfié (8) sous une forme diphasique avec une phase liquide et une phase vapeur ; la cuve (2) comportant des parois présentant une structure multicouche comprenant une membrane d’étanchéité (7) en contact avec le gaz liquéfié et une barrière thermiquement isolante (3, 6) disposée entre la membrane d’étanchéité (7) et une structure porteuse (4), ladite barrière thermiquement isolante comportant des matières solides et une phase gazeuse ; - un capteur de pression (28) apte à mesurer la pression Pt de la phase gazeuse dans la barrière thermiquement isolante (3, 6) ; et - un dispositif de pompage comportant une pompe à vide (14, 16) connectée à la barrière thermiquement isolante (3, 6) et agencée pour placer la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante (3, 6) sous une pression relative négative et un module de commande (26) qui est agencé pour : • déterminer une pression de consigne Pci au moyen d’une relation Pci = f^T) ; fi étant une fonction monotone croissante et T étant une variable représentative de la température réelle de la phase liquide du gaz liquéfié (8) ou de la température minimum susceptible d’être atteinte par la phase liquide du gaz liquéfié (8) pour un fonctionnement déterminé d’un dispositif de refroidissement du gaz liquéfié (8) ; et • commander la pompe à vide (16) de manière à asservir la pression P1 de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante (3, 6) à la pression de consigne Pci.
  15. 15. Installation selon la revendication 14, comportant en outre un capteur de température (27) apte à mesurer la température T de la phase liquide du gaz liquéfié (8) et à la délivrer au module de commande (26).
  16. 16. Installation selon la revendication 14 ou 15, comportant en outre un dispositif de refroidissement du gaz liquéfié agencé pour abaisser la température d’une portion du gaz liquéfié en dessous de la température d’équilibre liquide-vapeur du gaz liquéfié à la pression de stockage du gaz liquéfié dans la cuve.
  17. 17. Installation selon la revendication 16, dans lequel le dispositif de refroidissement est agencé pour respecter un seuil de température minimum pour la phase liquide du gaz liquéfié et dans lequel le module de commande (26) est raccordé au dispositif de refroidissement et est agencé pour déterminer la pression de consigne Pc1 en prenant comme variable T le seuil de température minimum.
  18. 18. Installation selon la revendication 16, comportant un capteur apte à mesurer un paramètre de fonctionnement du dispositif de refroidissement du gaz liquéfié représentatif du seuil minimum susceptible d’être atteint par la phase liquide du gaz liquéfié.
  19. 19. Installation selon l’une quelconque des revendications 14 à 18, dans lequel la membrane d’étanchéité est une membrane d’étanchéité primaire (7) et la barrière thermiquement isolante est une barrière thermiquement isolante primaire (6), la structure multicouche comportant en outre une barrière thermiquement isolante secondaire (3) qui repose contre la structure porteuse (4) et comporte des matières solides et une phase gazeuse et une membrane d’étanchéité secondaire (5) disposée entre la barrière thermiquement isolante secondaire (3) et la barrière thermiquement isolante primaire (6).
  20. 20. Installation selon l’une des revendications 14 à 19, comportant en outre un second capteur de pression (29) apte à mesurer la pression P2 dans la barrière thermiquement isolante secondaire et dans lequel le dispositif de pompage comporte en outre une seconde pompe à vide (14) connectée à la barrière thermiquement isolante secondaire (3) afin de placer la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante secondaire (3) sous une pression relative négative, le module de commande (26) qui est agencé pour commander la seconde pompe à vide (14) en fonction d’une pression de consigne Pc2 et de la mesure de la pression P2 de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante secondaire (3).
  21. 21. Navire (70) comportant une double coque et une installation de stockage d’un gaz liquéfié selon l’une quelconque des revendications 14 à 20, la cuve (2) de l’installation de stockage d’un gaz liquéfié étant disposée dans la double coque.
  22. 22. Procédé de chargement ou déchargement d’un navire (70) selon la revendication 21, dans lequel on achemine un fluide à travers des canalisations isolées (73, 79, 76, 81) depuis ou vers une installation de stockage flottante ou terrestre (77) vers ou depuis la cuve du navire (71).
  23. 23. Système de transfert pour un fluide, le système comportant un navire (70) selon la revendication 21, des canalisations isolées (73, 79, 76, 81) agencées de manière à relier la cuve (71) installée dans la coque du navire à une installation de stockage flottante ou terrestre (77) et une pompe pour entraîner un fluide à travers les canalisations isolées depuis ou vers l’installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.
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