FR3108647A1 - Apparatus for separating and / or liquefying a gas capable of operating at low temperatures - Google Patents
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Abstract
Titre : Appareil de séparation et/ou de liquéfaction d’un gaz capable d’opérer à de basses températures Un appareil de séparation et/ou de liquéfaction d’un gaz capable d’opérer à de basses températures comprend une enceinte isolée thermiquement (1) contenant de la perlite et des éléments à isoler entourés par la perlite, l’enceinte ayant une toiture (2), celle-ci comprenant une fenêtre transparente (3) permettant de vérifier que la perlite remplit bien l’ensemble de l’enceinte jusqu’à son sommet. Figure uniqueTitle: Gas Separation and/or Liquefaction Apparatus Capable of Operating at Low Temperatures A gas separation and/or liquefaction apparatus capable of operating at low temperatures comprises a thermally insulated enclosure (1 ) containing perlite and elements to be insulated surrounded by perlite, the enclosure having a roof (2), the latter comprising a transparent window (3) making it possible to check that the perlite indeed fills the whole of the enclosure to its peak. single figure
Description
La présente invention concerne un appareil de séparation et/ou de liquéfaction d’un gaz capable d’opérer à de basses températures. Une température est basse si elle est inférieure à 0°C, voire inférieure à -100°C.The present invention relates to an apparatus for separating and/or liquefying a gas capable of operating at low temperatures. A temperature is low if it is below 0°C, or even below -100°C.
De tels appareils comprennent au moins un séparateur de phases et/ou au moins une colonne de distillation et/ou au moins un cycle de liquéfaction contenu dans une enceinte isolée thermiquement, généralement remplie presque entièrement de perlite.Such devices comprise at least one phase separator and/or at least one distillation column and/or at least one liquefaction cycle contained in a thermally insulated enclosure, generally filled almost entirely with perlite.
La perlite est une roche volcanique siliceuse d'origine naturelle qui se dilate jusqu'à 4 à 20 fois son volume d'origine lorsqu'elle est chauffée, et qui constitue un isolant très efficace contre le transfert thermique par conduction, convection et radiation. Étant donné qu'il est crucial de maintenir la perlite au sec au cours de l'installation et du fonctionnement, la perlite est maintenue sous une atmosphère d'azote d'inertage à une pression positive légèrement au-dessus de la pression atmosphérique (aux environs de 10 mbar) pour s'assurer qu'aucune humidité ne pénètre dans l'espace d'isolation et que de la glace ne s'accumule pas autour de l'équipement cryogénique.Perlite is a naturally occurring siliceous volcanic rock that expands up to 4 to 20 times its original volume when heated, and is a very effective insulator against heat transfer by conduction, convection and radiation. Since it is crucial to keep the perlite dry during installation and operation, the perlite is maintained under an inerting nitrogen atmosphere at a positive pressure slightly above atmospheric pressure (at around 10 mbar) to ensure that no moisture enters the insulation space and that ice does not accumulate around the cryogenic equipment.
L’enceinte est constituée par une boîte cylindrique ou parallélépipédique surmontée d’une toiture respectivement circulaire ou rectangulaire.The enclosure is made up of a cylindrical or parallelepipedic box surmounted by a respectively circular or rectangular roof.
L’azote d’inertage permet d’évacuer toute fuite de fluide provenant des éléments isolés dans l’enceinte et toute entrée d’eau qui provient de l’extérieur de la boîte froide. L’azote d’inertage est évacué à travers une ouverture dans la toiture de l’enceinte.The inerting nitrogen makes it possible to evacuate any fluid leak from the isolated elements in the enclosure and any water ingress from outside the cold box. The inerting nitrogen is evacuated through an opening in the roof of the enclosure.
Les enceintes ne sont pas prévues en tant que récipient sous pression et à ce titre ne peuvent pas résister à une pression interne au-delà de 100 mbar. Toutefois, une pressurisation du volume interne au-dessus de la pression de purge normale peut avoir lieu pour de nombreuses raisons. Par exemple, elle peut se produire du fait d'un excès de gaz de purge, d'une fuite de fluides de procédé, ou d'une vaporisation rapide de bains cryogéniques et de fuites. Une sur-pressurisation peut se produire rapidement et conduire à une rupture de l'enceinte. Les ruptures de boîtes froides peuvent avoir des conséquences catastrophiques telles qu'une explosion majeure, un incendie majeur, des libérations de liquides ou de gaz toxiques et/ou des déversements de perlite. Ces événements sont extrêmement perturbateurs pour le fonctionnement de l'usine et nécessitent typiquement une fermeture complète de l'installation pendant plusieurs jours pour permettre d'effectuer des réparations.The enclosures are not intended as a pressure vessel and as such cannot withstand an internal pressure above 100 mbar. However, pressurization of the internal volume above the normal purge pressure can occur for many reasons. For example, it can occur due to excess purge gas, leaking process fluids, or rapid vaporization of cryogenic baths and leaks. Over-pressurization can occur quickly and lead to enclosure rupture. Cold box ruptures can have catastrophic consequences such as a major explosion, major fire, toxic liquid or gas releases and/or perlite spills. These events are extremely disruptive to plant operation and typically require complete plant shutdown for several days to allow repairs to be made.
La perlite est introduite dans l’enceinte avant le premier démarrage de l’appareil. Comme signalé dans « Process Utility Systems », IChemE, 1994 de Broughton, la perlite se tasse avec le temps, ce qui peut provoquer une mauvaise isolation des éléments présents dans l’enceinte. L’enceinte étant hermétiquement fermée, l’inspection nécessite d’ouvrir l’enceinte en toiture, opération particulièrement dangereuse, comme signalée dans « Perlite Management », AIGA 032/12 de 2012.The perlite is introduced into the enclosure before the first start-up of the device. As noted in "Process Utility Systems", IChemE, 1994 by Broughton, perlite settles over time, which can cause poor insulation of the elements present in the enclosure. As the containment is hermetically sealed, the inspection requires opening the containment on the roof, a particularly dangerous operation, as indicated in “Perlite Management”, AIGA 032/12 of 2012.
Selon un objet de l’invention, il est prévu un appareil de séparation et/ou de liquéfaction d’un gaz capable d’opérer à de basses températures comprenant une enceinte isolée thermiquement contenant de la perlite et des éléments à isoler entourés par la perlite, l’enceinte ayant une toiture caractérisé en ce que la toiture comprend une fenêtre transparente permettant de vérifier que la perlite remplit bien l’ensemble de l’enceinte jusqu’à son sommet.According to one object of the invention, there is provided an apparatus for separating and/or liquefying a gas capable of operating at low temperatures comprising a thermally insulated enclosure containing perlite and elements to be insulated surrounded by perlite , the enclosure having a roof characterized in that the roof comprises a transparent window making it possible to check that the perlite indeed fills the whole of the enclosure up to its top.
Selon d’autres aspects facultatifs :According to other optional aspects:
- la toiture a une longueur a et une largeur b et la fenêtre transparente est située dans une zone rectangulaire comprenant le point de croisement des axes de symétrie de la toiture, de longueur a/3 et de largeur b/3.the roof has a length a and a width b and the transparent window is located in a rectangular zone comprising the point of intersection of the axes of symmetry of the roof, of length a/3 and of width b/3.
- la fenêtre transparente est située au croisement des axes de symétrie de la toiture.the transparent window is located at the intersection of the axes of symmetry of the roof.
- la fenêtre transparente est capable de supporter une pression à l’intérieur de l’enceinte d’au moins1,01 bar absolu, voire d’au moins 1,1 bar absolu.the transparent window is capable of withstanding a pressure inside the enclosure of at least 1.01 bar absolute, or even at least 1.1 bar absolute.
- la surface de la toiture est supérieure à 4 m2et la surface de la fenêtre est inférieure à 0,25 m2.the roof area is more than 4 m 2 and the window area is less than 0.25 m 2 .
- la toiture comprend également une trappe permettant de remplir l’enceinte avec de la perlite.the roof also includes a hatch allowing the enclosure to be filled with perlite.
- la surface de la trappe est supérieure à celle de la fenêtre.the surface of the hatch is greater than that of the window.
- l’appareil comprend des moyens de mise à l’air de gaz circulant dans l’enceinte.the apparatus comprises means for venting gas circulating in the enclosure.
- l’au moins un des éléments à isoler est choisi dans le groupe : colonne de distillation, séparateur de phases, échangeur de chaleur, cycle de liquéfaction.at least one of the elements to be isolated is chosen from the group: distillation column, phase separator, heat exchanger, liquefaction cycle.
L’usage d’une fenêtre d’observation dans la toiture de la boîte froide permet de vérifier que le niveau de perlite dans l’enceinte est suffisamment élevé, sans avoir à ouvrir l’enceinte avec les risques d’anoxie pour les opérateurs que cela implique.The use of an observation window in the roof of the cold box makes it possible to check that the level of perlite in the enclosure is sufficiently high, without having to open the enclosure with the risk of anoxia for the operators that that implies.
L’invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant à la figure qui représente une enceinte d’un appareil selon l’invention, vue de dessus.The invention will be described in more detail with reference to the figure which represents an enclosure of an apparatus according to the invention, seen from above.
L’enceinte 1 est une boîte étanche parallélépipédique ayant une toiture rectangulaire 2 reliée à quatre parois verticales. L’enceinte contient au moins une colonne de distillation et/ou au moins un séparateur de phases et/ou un cycle de liquéfaction. Elle peut également contenir au moins un échangeur de chaleur, au moins un stockage, au moins une machine tournante. L’au moins une colonne de distillation et/ou au moins un séparateur de phases et/ou un cycle de liquéfaction opère normalement à une température inférieure à 0°C, voire inférieure à -100°C, voire inférieure à -150°C.Enclosure 1 is a parallelepiped sealed box having a rectangular roof 2 connected to four vertical walls. The enclosure contains at least one distillation column and/or at least one phase separator and/or one liquefaction cycle. It can also contain at least one heat exchanger, at least one storage, at least one rotating machine. The at least one distillation column and/or at least one phase separator and/or one liquefaction cycle normally operates at a temperature below 0°C, or even below -100°C, or even below -150°C .
L’appareil peut servir par exemple à séparer de l’air pour produire de l’azote et/ou de l’oxygène et/ou de l’argon, sous forme gazeuse ou liquide.The device can be used, for example, to separate air to produce nitrogen and/or oxygen and/or argon, in gaseous or liquid form.
Pour isoler l’enceinte thermiquement, elle est remplie entièrement de perlite, par exemple à travers la trappe 5. La perlite est balayée, en marche de l’appareil, par de l’azote gazeux qui est rejeté à l’atmosphère à travers un moyen de mise à l’air 6.To insulate the enclosure thermally, it is completely filled with perlite, for example through hatch 5. venting means 6.
Pour vérifier que la perlite est à la hauteur optimale, couvrant tous les éléments à isoler, une fenêtre 3 est ménagée dans la toiture 2 permettant de voir la perlite à l’intérieur de l’enceinte 1 même si l’appareil est en marche. Ainsi si le niveau est trop bas, de la perlite peut être rajoutée dans l’enceinte à travers la trappe 5. La fenêtre 3 est en matériau transparent, par exemple une plaque de 10mm d’épaisseur en poly(méthacrylate de méthyle), et peut supporter une pression à l’intérieur de l’enceinte d’au moins 1,01 bar absolu, voire d’au moins 1,1 bar absolu.To check that the perlite is at the optimum height, covering all the elements to be insulated, a window 3 is made in the roof 2 allowing the perlite to be seen inside the enclosure 1 even if the device is in operation. Thus if the level is too low, perlite can be added to the enclosure through hatch 5. Window 3 is made of transparent material, for example a 10 mm thick poly(methyl methacrylate) plate, and can withstand a pressure inside the enclosure of at least 1.01 bar absolute, or even at least 1.1 bar absolute.
La surface de la toiture 2 est supérieure à 4 m2et la surface de la fenêtre 3 est inférieure à 0,25 m2. La fenêtre 3 est maintenue en place par un cadre boulonné 4.The surface of the roof 2 is greater than 4 m 2 and the surface of the window 3 is less than 0.25 m 2 . Window 3 is held in place by a bolted frame 4.
La surface de la fenêtre 3 est sensiblement plus petite que la surface de la trappe 5 et la trappe est positionnée dans un coin de la toiture alors que la fenêtre se trouve au milieu de la toiture 2. Si la toiture 2 a une longueur a et une largeur b, la fenêtre transparente 3 est située dans une zone rectangulaire comprenant le point de croisement des axes de symétrie de la toiture 2, de longueur a/3 et de largeur b/3. Cette position au milieu de la toiture permet de détecter le niveau le plus bas de la perlite qui a tendance à avoir un niveau plus élevé à proximité des parois de l’enceinte.The surface of the window 3 is substantially smaller than the surface of the hatch 5 and the hatch is positioned in a corner of the roof while the window is in the middle of the roof 2. If the roof 2 has a length a and a width b, the transparent window 3 is located in a rectangular zone comprising the point of intersection of the axes of symmetry of the roof 2, of length a/3 and of width b/3. This position in the middle of the roof makes it possible to detect the lowest level of perlite which tends to have a higher level near the walls of the enclosure.
La fenêtre 3 ne sert pas à remplir l’enceinte de perlite.Window 3 is not used to fill the enclosure with perlite.
La fenêtre permet l’inspection par une personne présente sur la toiture ou par une caméra qui envoie les images à un opérateur distant.The window allows inspection by a person present on the roof or by a camera which sends the images to a remote operator.
La toiture 2 a une longueur a et une largeur b et la fenêtre transparente 3 est située dans une zone rectangulaire comprenant le point de croisement des axes de symétrie de la toiture, de longueur a/3 et de largeur b/3.The roof 2 has a length a and a width b and the transparent window 3 is located in a rectangular zone comprising the point of intersection of the axes of symmetry of the roof, of length a/3 and of width b/3.
De préférence, la fenêtre transparente 3 est située au croisement des axes de symétrie de la toiture 2. De cette façon, le point d’observation est situé là où la perlite se tasse le plus.Preferably, the transparent window 3 is located at the intersection of the axes of symmetry of the roof 2. In this way, the observation point is located where the perlite settles the most.
La surface de la toiture 2 est supérieure à 4 m2et la surface de la fenêtre 3 est inférieure à 0,25 m2. La surface de la trappe 5 est supérieure à celle de la fenêtre 3.The surface of the roof 2 is greater than 4 m 2 and the surface of the window 3 is less than 0.25 m 2 . The surface of the hatch 5 is greater than that of the window 3.
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