CONSTRUCTION METHOD FOR A GAS SEPARATION CRYOGENIC UNIT, SAID CRYOGENIC UNIT, PORTABLE SYSTEM AND SUBSYSTEM FOR CONSTRUCTING SAID UNIT

PROCEDE DE CONSTRUCTION D'UNE UNITE CRYOGENIQUE DE SEPARATION DE GAZ, UNITE CRYOGENIQUE, SOUS-ENSEMBLE ET ENSEMBLE TRANSPORTABLE POUR LA CONSTRUCTION D'UNE TELLE UNITE

Abrégé français

On constitue en atelier un sous-ensemble
pré-équipé d'une colonne de distillation avec ses
éléments de tuyauterie disposés essentiellement sur
un côté de la colonne de façon à être inscrits dans
un volume latéral de section réduite dont la hauteur
est indépendante de l'épaisseur d'isolation
ultérieurement requise pour le fonctionnement in
situ de la colonne dans une boîte froide, le sous-
ensemble étant disposé partiellement dans un berceau
de transport abritant le volume latéral. Le sous-
ensemble est disposé, avantageusement avec son
berceau dans une boite froide constituée d'une
enveloppe, par exemple tubulaire, dans laquelle est
également disposé au moins un réservoir de liquide
cryogénique. Application notamment aux colonnes de
distillation d'air de grandes dimensions.

Revendications

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles
un droit exclusif de propriété ou de privilège est
revendiqué sont définies comme suit:
1. Procédé de construction d'une unité
cryogénique de séparation de gaz comportant au moins
une colonne de distillation, comprenant les étapes
de pré-assembler en atelier la colonne avec des
éléments de tuyauterie adventices pour constituer un
sous-ensemble pré-équipé, de transporter et
d'installer le sous-ensemble sur site, caractérisé
en ce qu'il comprend les étapes de constituer le
sous-ensemble pré-équipé avec les éléments de
tuyauterie disposés de façon à être inscrits dans au
moins un volume allongé latéral à la colonne et de
section réduite, et de disposer le sous-ensemble sur
au moins un berceau de transport, de transporter le
sous-ensemble et son berceau et de monter sur site
le sous-ensemble dans une boîte froide.
2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de protéger
les éléments de tuyauterie par un capotage.
3. Procédé selon la revendication 2,
caractérisé en ce que le sous-ensemble pré-équipé
est disposé partiellement dans un berceau de
transport définissant un volume intérieur de section
adaptée pour recevoir au moins un des volumes
latéraux d'éléments de tuyauterie.
4. Procédé selon la revendication 3,
caractérisé en ce que les éléments de tuyauterie
sont regroupés dans un volume latéral, le sous-
ensemble étant disposé dans le berceau avec la

colonne reposant sur la partie supérieure du
berceau.
5. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de
monter sur site le sous-ensemble dans une enveloppe
où est également disposé au moins un réservoir de
liquide cryogénique, et de remplir l'enveloppe avec
un premier isolant.
6. Procédé selon la revendication 5,
caractérisé en ce que le sous-ensemble est disposé
dans l'enveloppe avec le volume latéral jouxtant une
paroi latérale de l'enveloppe à une distance de
celle-ci suffisante pour restituer la distance
d'isolation nécessaire.
7. Procédé selon la revendication 4,
caractérisé en ce que le sous-ensemble est monté
dans l'enveloppe avec son berceau.
8. Procédé selon la revendication 7,
caractérisé en ce que le berceau comporte des ailes
latérales sensiblement pleines et en ce que le
volume intérieur au berceau est rempli, dans
l'enveloppe, d'un deuxième isolant.

Description

La présente invention concerne les procédés de construction
d'un'i'tés cryogéniques de séparation de gaz, typiquement de gaz de
l'air, comportant au moins une colonne de distillation et comprenant
les étapes de pré-assembler en atelier la colonne avec des éléments de
tuyauteries adventices incluant des tuyauteries d'instrumentations
pour constituer un sous-ensemble pré-équipé, de transporter et
d'installer ce sous-ensemble sur site.
Classiquement, les unités cryogéniques de séparation de gaz
comprennent au moins une colonne de distillation qui est disposée dans
1o une structure d'isolation appelée boîte froide présentant
habituellement une configuration sensiblement parallélépipédique de
façon à ménager autour de la colonne une épaisseur d'isolation
déterminée. Pour des questions de limitation de coüts de montage et
surtout da qualité, la colonne est pré-assemblée avec des éléments de
i5 tuyauterie dans un atelier du constructeur avec un bâti correspondant
à celui de la future boîte froide, et de section intégrant les futures
épaisseurs d'isolation tout autour de la colonne avant transport et
installation sur site de l'ensemble, appelé "paquet boîte froide".
gutre leur poids, obérant sensiblement les coQts de transport, de tels
2o ensembles complètement pré-assemblés se trouvent confrontés,
essentiellement de par leur volume hors tout important, à des
problèmes sérieux de transport (hauteur sous pont, virages...), comme
mentionné à la page 25 du Rapport Annuel 1989 de la société Linde,
lorsque les dimensions de colonne deviennent importapt es, comme c'est
25 1e cas aujourd'hui pour des productions massives de gaz.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé
permettant de conserver les critères de qualité par pré-assemblage en
usine des éléments nécessitant. un contrôle de qualité poussée
(typiqûement toute la partie cryogénique), limitant grandement les
3o problèmes et les coôts de transport vers le site d'utilisation et
facilitant son installation in situ dans divers type s de boîtes
froides.
Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, le
procédé de construction comprend les étapes de constituer le sous
s5 ensemble pré-équipé avec les éléments de tuyauteries disposés de façon
à être inscrits dans au moins un, avantageusement un seul, volume
allongé latéral à la colonne et de section réduite, ne prenant pas en

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compte l'épaisseur d'isolation requise pour le fonctionnement in situ
de la colonne, ayant typiquement une largeur maximum n'excédant pas ou
peu le diamètre de la colonne, de disposer le sous-ensemble sur, au
moins un berceau de transport, avantageusement un seul berceau de
transport définissant un volume intérieur de section adaptée pour
recevoir au moins un des volumes latéraux correspondant aux éléments
de tuyauteries, de transporter le sous-ensemble et son berceau et de
monter sur site le sous-ensemble' dans une boîte froide, en
recons'tituan't alors l'épaisseur d'isolation requise sur tout le
pourtour du sous-ensemble.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention
- le procédé comporte l'étape de protéger les éléments de
tuyauterie par un capotage
- le sous-ensemble pré-équipé est disposé partiellement dans
i5 un berceau de transport définissant un volume intérieur de section
adaptée pour recevoir au moins un des volumes latéraux des éléments de
tuyauterie ;
les éléments de tuyauterie sont regroupés dans un volume
latéral, le sous-ensemble étant disposé dans le bérceau avec la
2o colonne reposant sur la partie supérieure du berceau ;
- le procédé comprend les étapes de monter sur site le sous-
ensemble dans une enveloppe où est également disposé au moins un
réservoir de liquide cryogénique et de remplir l'enveloppe avec un
premier isolant ;
25 - le sous-ensemble est disposé dans ~l'enveioppe avec le
volume latéral jouxtant une paroi latérale de l'enveloppe à 'une
distance de celle-ci suffisante pour restituer la distance d'isolation
nécessaire.
Un tel procédé, ne prenant plus en compte, pour ie
so pré-assemblage et le transport,, le volume d'isolation nécéssaire de la
colonne, permet d'augmenter les possibilités de transport d'un
sous-ensemble d'unité cryogénique en quasi-ordre de marche, incluant
éventuellement les fonctions de contrôle, de commande et de sécurïté,
en diminuant les dimensions hors tout, ainsi que le nombre d'éléments
35 structurels du berceau, notamment pour les unités à grandes capacités
avec des diamètres de coïonne entre 2 et 5,5 mètres.

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La présente invention a également pour objet un sous-
ensemble pour la mise en oeuvre de ce procédé, caractérïsé en ce que
la colonne est pré-assemblée avec des éléments de tuyauteries disposés
de façon à être inscrits.dans au moins un volume allongé latéral à la
colonne, de section réduite, typiquement un seul volume latéral
susceptïble d'être reçu dans un berceau de transport et/ou de montage.
La présente invention a pour autre objet un ensemble
transportable comportant un tel sous-ensemble monté sur un berceau de
transport, avantageusement disposê partiellement dans un berceau
1o abritant le volume latéral des éléments de tuyauteries et supportant
la colonne le long de gênératrices de cette dernière.
La présente invention a encore pour objet une nouvelle
architecture d'unité cryogénique de production de gaz, notamment de
l'air, comprenant un sous-ensemble tel que défini ci-dessus disposé au
voisinage d'une paroï latêrale d'une enveloppe, typiquement
cylindrique ou éventuellement prismatique, dans laquelle est également
disposé au moins un réservoir de gaz liquéfié, l'enveloppe étant
remplie d'au moins un isolant, notamment un matériau particulaire ou
fibreux.
2o D'autres caractéristiques et avantages de la présente
invention ressortiront de la description suivante de modes de
réalisation, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif,
faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un
ensemble transportable d'un sous-ensemble de colonne, pré-équipé et
d'un berceau de transport selon un mode de réalisation de
l'invention ;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale
de l'ensemble de ia figure 1 ;
- la figure 3 est une vue schématique en élévation d'une
unité cryogénique selon l'invention comprenant un saus-ensemble de
colonne pré-équipé selon les figures l et 2 ; et
- la figure 4 est une vue, analogue à la figure 2; d'une
variante de réalisation d'ensemble transportable selon l'invention.
s5 Sur la figure 1, on reconnaît une colonne 1 de distillation
de gaz de l'air dont 1,e diamètre peut atteindre 5,5 mètres et la
hauteur 50 mètres. Comme on le voit mieux sur la figure 2, la colonne
1 est agencée et pré-assemblée de façon que les différents éléments de

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tuyauterie 2 qui s'y raccordent soient disposés sur un côté latéral de
la colonne de façon à être inscrits dans un volume allongé latéral 3
dont la largeur maximum n'excède pas ou peu le diamètre maximum de la
colonne et dont la hauteur h est indépendante de l'épaisseur
d'isolation ultérieurement requise pour le fonctionnement in situ de
la colonne 1 dans sa boîte froide. Selon l'invention, une fois testés,
la colonne 1 et ses éléments de tuyauterie 2 sont montés dans un
berceau à configura't'ion générale prismatique 4 et à section
typiquement trapézoidaie pour offrir une surface de base accrue,
comportant deux ailes latérales 5A, 5B, définissant un volume
intérieur adapté pour recevoir le volume latéral 3 des éléments de
tuyauterie 2, la colonne prenant appui, le long de génératrices,
sensiblement au-dessous ou au niveau de son diamètre horizontal, sur
les bords parallèles 6A, 6B, des ailes 5A, 5B et étant maintenue en
position sur le berceau par exemple par des bandes de cerclage 7. Le
berceau 4 a une armature constituée d'un treillis de profilés ou de
tubes. Dans un mode de réalisation préféré, le berceau 4 comporte des
ailes latérales 5A, 5B pleines formées par des plaques métalliques, au
moins une partie de la base 8 du berceau 4 étant constituée par des
2o plaques métalliques 9.
On voit ainsi, sur la figure 2, que, par rapport aux
ensembles transportables actuels, l'encombrement de l'ensemble
transportable selon l'invention, se limite en fait à celui du berceau
4 et à la partie cylindrique supérieure de la colonne 1.
Comme on le voit sur la figure 3, selon un autre aspect de
l'invention, au lieu d'être disposée dans une boîte froide
parallélépipédique à distance de réservoirs isolés indépendants de gaz
liquéfié, la colonne 1 est disposée verticalement dans un espace
intérieur disponible d'une enveloppe 10 çylindrique ou polygonale, en
3o métal ou en béton, dans laquelle sont disposés plusieurs réservoirs
verticaux 11, 12 non isolés ou inviduellement isolés, de stockage de
liquide cryogénique, typiquement d'azote liquide et d'oxygène liquide
produits par la colonne 1. Cette dernière est disposée, avec son
berceau ~, dans l'enveloppe 10 dans une position vis-à-vis de la paroi
latérale de l'enveloppe 10 et des réservoirs 11, 12 permettant de
retrouver la distance d',isolation nécessaire pour son bon

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fonctionnement. Elle est alors positionnée sur le socle de l'enveloppe
et les éléments de 'tuyauterie 2 sont raccordés à des circuits de
fluides internes et externes à l'enveloppe 10, notamment pour le
raccordement à des échangeurs de chaleur. Le berceau ~ peit être
5 démonté et réutilisé et, avant fermeture (par un couvercle) de
l'enveloppe 10, le volume intérieur de cette dernière est rempli d'un
isolant solide 13, typiquement de la perlite.
Selon une variante de l'invention, le berceau 4 est conservé
dans l'enveloppe et, dans le mode de réalisation où ses ailes
io latérales 5~1, 5B sont pleines, le volume ïntérieur du berceau est
rempli avec un deuxième isolant solide 1~, par exemple en fibres de
verre.
En variante, et notamment pour les colonnes hautes mais de
diamètre n'excédant pas 4,5 mètres, les éléments de tuyauteries
i5 adventices 2 peuvent être disposés en deux groupes inscrits dans deux
volumes latéraux de sections réduites au maximum, notamment en
épaisseur. On a ainsi représenté sur la figure 4 un sous-ensemble où
les éléments de tuyauteries, incluant les tuyauteries
d'instrumentation, sont regroupés en deux groupes 21, 22
2o dissymétrïques de part et d'autre d'un plan vertical (sur la figure
4). Les volumes latéraux dans lesquels sort inscrits les éléments de
tuyauteries sont matérialisés ici par des capotages de protection 31
et 32, par exemple en tôles métalliques, montés sur la colonne et
assurant leur protection lors du transport et de la mise en place in
25 situ du sous-ensemble, après quoi les capotages sont démontés. L'un de
ces capotages peut être ren~Forcé pour constituer un berceau de
transport, comme vu précédemment en relation avec les figures 1 et 2.
Toutefois, l'un des paramètres critiques pour le transport étant la
hauteur hors tout (en particulier pour le passage sous des ponts ou
so des lignes électrïques), on placera avantageusement, comme représenté
sur la figure 4, le sous-ensemble pré-équipé et protégé 1, 21, 22, 31,
32 sur un berceau 4' de hauteur réduite au strict minimum et de forme
adéquate.
Quoique la présent e invention ait été décrite en re~iation
35 avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en~trouve pas
limitée pour autant mais est au contraire susceptible de modifïcations
et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.

Dessin représentatif