COLD BOX FOR CRYOGENIC DISTILLING PLANT

BOITE FROIDE POUR UNITE DE DISTILLATION CRYOGENIQUE

Abrégé français

L'appareil de distillation cryogénique (4 à 8), comprenant au moins une
colonne de distillation cryogénique (4) et au moins un échangeur de chaleur
(5), est disposé dans une enceinte (2) à double enveloppe dont l'inter-paroi
contient un isolant solide (17, 18). Application aux unités de distillation
d'air embarquées sur des plates-formes pétrolières en mer ou sur des barges.

Abrégé anglais

The invention concerns a distilling plant (4 to 8), comprising at least a cryogenic distilling column (4) and at least a heat exchanger (5), arranged in a chamber (2) with a double casing in which the intermediate partition contains a solid insulator (17, 18). The invention is applicable to air distilling plants on board offshore floating terminals and drilling platforms.

Revendications

6
REVENDICATIONS
1. Unité de distillation cryogénique, notamment de distillation d'air, du type
comprenant d'une part un appareil de distillation (4 à 8) comportant au moins
une
colonne de distillation cryogénique (4) et au moins un échangeur de chaleur
(5), et
d'autre part des moyens (2) d'isolation thermique de cet appareil, étant
disposé dans
une enceinte (2) à double enveloppe dont l'inter-paroi contient un isolant
solide (17,18)
et caractérisée en ce qu'il n'y a ni isolant en vrac ni adsorbant à
l'intérieur de
l'enveloppe intérieure (9).
2. Unité suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe
intérieure (9) de l'enceinte (2) est constituée, au moins dans sa partie
inférieure. d'un
métal résilient, notamment d'acier inoxydable ou d'aluminium.
3. Unité suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'isolant
solide (18) situé autour et au-dessus de l'appareil de distillation (4 à 8)
entre les parois
des enveloppes (9, 13) est un isolant en vrac, notamment de la perlite
expansée.
4. Unité suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 , caractérisée en
ce qu'un isolant solide (17) supportant l'enveloppe intérieure (9) de
l'enceinte (2) est
interposé entre les fonds (10,14) des deux enveloppes (9, 13).
5. Unité suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la colonne de
distillation (4) et l'échangeur de chaleur (5) sont supportés par des pieds
(19) qui
traversent à joint étanche le fond (10) de l'enveloppe inférieure (9) et
s'appuient sur
celui (14) de l'enveloppe extérieure (13).
6. Unité suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en
ce qu'il est prévu au moins une cheminée (24) d'accès à des équipements
auxiliaires
(7,8) de l'appareil de distillation (4 à 8) tels que des pompes ou des vannes,
cette
cheminée traversant la double enveloppe (9,13) et étant obturée par un tampon
amovible (25).
7. Unité suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en
que l'échangeur de chaleur (5), et éventuellement d'autres équipements (6,24)

7
intérieurs à l'enceinte (2) et dont la température de
fonctionnement est différente de celle de la colonne de
distillation (4), sont pourvus d'une isolation additionnelle
(26), notamment par emmaillotage avec un isolant en feuille
ou en bande.
8 - Unité suivant l'une quelconque des
revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'enveloppe
intérieure (9) est équipée d'une soupape (29) de limitation
de sa pression intérieure.
9 - Unité suivant l'une quelconque des
revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'enceinte (2)
est munie de moyens (27, 28) d'introduction d'un gaz sec,
notamment inerte, dans l'enveloppe intérieure (9) et/ou dans
l'inter-paroi.
10 - Unité suivant la revendication 9, caractérisée
en ce que l'inter-paroi est équipée d'une soupape (29) de
limitation de sa pression intérieure.
11 - Unité suivant l'une quelconque des
revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'enceinte (2)
est fixée à une structure en mer telle qu'une plate-forme
pétrolière ou une barge.
12 - Unité suivant la revendication 11, caractérisée
en ce que l'enceinte (2) est fixée à une embase (20)
elle-même fixée à un socle (21) de ladite structure par
l'intermédiaire de pilotis (22).

Description

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La présente invention est relative ë unë~ anitéa ~de dis~illathn cryogbnique,
notamment de distillation d'air du type comprenant d'une part un appareil de
distillation
comportant au moins une colonne de distillation cryogénique et au moins un
échangeur
de chaleur, et d'autre part des moyens d'isolation thermique de cet appareil.
Elle
s s'applique par exemple aux unités de production d'oxygène embarqués sur des
plates-
formes pétrolières en mer ou sur des barges.
US-A-4038060 décrit un appareil de distillation cryogénique d'un gaz
radioactif
qui empêche les fuites dangereuses en entourant l'appareil d'une double paroi
remplie
de perlite et en utilisant un adsorbant à l'intérieur de l'enveloppe
intérieure pour
io adsorber des gaz radioactifs en cas d'accident.
Dans la technique classique, les colonnes de distillation cryogénique et
l'ensemble des équipements associés (échangeurs de chaleur, pompes
cryogéniques,
vannes cryogéniques, conduites de liaison, etc...) fonctionnant à basse
température
sont disposés dans une « boïte froide », généralement de forme
parallélépipédique,
is emplie d'un isolant en vrac tel que de la perlite expansée. Cet isolant
protège
thermiquement chaque constituant à la fois de la température extérieure et de
celle des
autres constituants ayant une température différente. Ce type de matériau
tient ses
qualités d'isolant à la fois d'une conductivité thermique faible (<0.05
w/m°C) et d'une
perte de charge élevée, favorable vis-à-vis du phénomène de convection.
20 Cette technique présente cependant un inconvénient du point de vue de la
sécurité. En effet, en cas de fuite importante de gaz ou de liquide
cryogénique, résultant
par exemple d'une rupture accidentelle de tuyauterie, la forte perte de charge
de la
perlite s'oppose à l'évacuation de ce fluide vers l'atmosphère. II s'ensuit
une mise en
froid brutale de l'enveloppe de la boîte froide et de la structure qui la
supporte, ce qui
2s peut conduire à des ruptures par fragilisation et à l'envahissement de
l'environnement
par du fluide cryogénique, ce qui est dangereux pour le personnel.
Les plates-formes pétrolières en mer produisent des gaz résiduaires. Pour des
raisons économiques et environnementales, il devient de plus en plus
nécessaire de
récupérer ces gaz. Une méthode consiste en leur conversion en hydrocarbures
plus
30 lourds, sous forme liquide et donc plus facilement transportables, par le
procédé
Fischer-Tropsch, lequel consomme de grandes quantités d'oxygène.
II serait donc intéressant de pouvoir embarquer une colonne de distillation
d'air
sur une plate-forme ou une barge, mais le problème de sécurité expliqué ci-
dessus doit
être résolu, car l'unité de distillation est alors axée sur une structure
métallique, et, de
3s plus, le personnel ne peut pas évacuer rapidement les environs de cette
unité.
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L'invention a donc pour but de ~ four~~ir ûns ' unité de distil~3T~o.n
~cryc~c~enictt n
comprenant une protection efficace contre les fuites de fluide cryogénique.
A cet effet, l'invention a pour objet une unité de distillation cryogénique
selon la
revendication 1.
s L'unité de distillation suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs
des
caractéristiques suivantes
- l'enveloppe intérieure de l'enceinte est constituée, au moins dans sa partie
inférieure, d'un métal résilient, notamment d'acier inoxydable ou d'aluminium
;
- l'isolant solide situé autour et au-dessus de l'appareil de distillation
entre tes parois
io des enveloppes est un isolant en vrac, notamment de la perlite expansée ;
- un isolant solide supportant l'enveloppe intérieure de l'enceinte est
interposé entre
les fonds des deux enveloppes ;
- la colonne de distillation et l'échangeur de chaleur sont supportés par des
pieds qui
traversent à joint étanche le fond de l'enveloppe intérieure et s'appuient sur
celui de
is l'enveloppe extérieure ;
- il est prévu au moins une cheminée d'accès à des équipements auxiliaires de
l'appareil de distillation , tels que des pompes ou des vannes, cette cheminée
traversant la double enveloppe et étant obturée par un tampon amovible ;
- l'échangeur de chaleur, et éventuellement d'autres équipements intérieurs à
20 l'enceinte et dont la température de fonctionnement est différente de celle
de la
colonne de distillation, sont pourvus d'une isolation additionnelle, notamment
par
emmaillotage avec un isolant en feuille ou en bande ;
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.. ~ .
- l'enveloppe intérieure esc ëquipée d'une soupape
de limitation de sa pression intérieure;
- l'enceinte est munie de moyens d'introduction d'un
gaz sec, notamment inerte, dans l'enveloppe intérieure et/ou
dans l'inter-paroi;
- l'inter-paroi est équipée d'une soupape de
limitation de sa pression intérieure;
- l'enceinte est fixée é une structure en mer telle
qu'une plate-forme pétrolière ou une barge;
- l'enceinte est fixée à une embase elle-même ffixée
à un socle de ladite structure par l'intermédiaire de
pilotis.
Un exemple de réalisation de l'invention va
maintenant être décrit en regard du dessin annexé, sur
lequel .
- la Figure 1 représente schématiquement, en coupe
verticale, une unité de distillation conforme à l'invention;
et
- la Figure 2 est une vue prise en coupe suivant la
ligne II-II de la Figure 1.
L'unité de distillation d'air 1 représentée sur les
Figures 1 et 2 comprend essentiellement une enceinte 2 â
double paroi dans l'espace intérieur 3 de laquelle sont
disposés une double colonne de distillation d'air 4, des
êchangeurs de chaleur 5, des conduites de liaison 6 et des
accessoires cryogéniques tels que des pompes cryogéniques 7,
des vannes cryogëniques 8, etc.
La colonne 4 est constituée de deux colonnes de
distillation, respectivement moyenne pression et basse
pression, comme il est bien connu dans la technique. Ces
deux colonnes 4A et 4B sont disposées côte-à-côte, comme on
le voit sur la Figure 2, mais elles ont été ramenées dans le
plan médian sur la Figure 1 pour la clarté du dessin. De
plus, l'unité de distillation comporte bien entendu
l'ensemble des accessoires et équipements habituels.
L'enceinte 2 est à double enveloppe. L'enveloppe
~.ntérieure 9 comprend un fond plat 10, une paroi latérale
cylindrique 11 et un toit 12 en dôme, et est en acier
inoxydable. L'enveloppe extérieure 13 comprend un fond plat
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14, une paroi latérale cylindrique 15 et un toit 16 en dôme,
et est en acier au carbone. Toutefois, le fond 14 peut
êgalement âtre en acier inoxydable.
Un premier isolant solide 17, constitué de blocs
d'une matiêre isolante, telle que le "Foam Glass", est
disposé sur toute la surface du fond 10, entre celui-ci et
le fond 14. Un second isolant solide 18, constitué par de la
perlite expansée en vrac, emplit le reste de l'inter-paroi
de l'enceinte, autour et au-dessus des constitûants de
l'unité 1 disposés dans l'espace 3, lequel est dêpourvu de
tout isolant solide.
Les constituants disposés dans l'espace 3 sont
portés .par des pieds 19 qui traversent à joint étanche le
fond 10 et s' appuient sur le fond 24 . Ainsi, l' isolant 17
supporte l'enveloppe intérieure 9, mais c'est le fond 14,
et donc l'embase 20, par exemple constituée d'une ossature
en acier, sur laquelle ce fond est posé, qui supportent le
poids des constituants de l'unité située à l'intérieur de
l'enceinte 2. A son tour, cette embase 20 est fixée à la
structure de support 21, par exemple un pont métallique de
plate-forme pétrolière ou de barge, par l'intermédiaire de
pilotis 22 qui ménagent un intervalle d'air 23 entre elles.
Une cheminée d'accès 24, obturée par un tampon
amovible 25, traverse le double toit 12, 16 de l'enceinte 2
et mêne aux constituants nécessitant un entretien, tels que
les pompes 7 et les vannes 8.
Chaque constituant fonctionnant à une température
différente de celle de la colonne 4 est muni d'une isolation
supplémentaire 26 sous forme d'un emmâillotage avec une
laine de verre ou analogue. Il s'agit en particulier des
échangeurs de chaleur 5, des conduites 6 reliées au bout
chaud de ces derniers, et de la cheminée 24. Ainsi, les
phênomènes de convection sont rendus minimaux.
Une conduite 27 d'amenée d'azote gazeux sec à la
tempërature ambiante, munie de vannes de réglage 28, permet
maintenir sous une légère surpression l'espace 3 et l'inter
paroi de l'enceinte. Ceci permet d'une part d'inertes ces
volumes, et d'autre part d'éviter àans ceux-ci l'apparition
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de phénomènes ~de condensation risquant de les mettre en
dépression. .
Pour éviter tout risque de surpression excessive,
les toits 12 et 16 sont équipés chacun d'une soupape 29 de
5 limitation de pression. On notera que la forme cylindrique
et en dôme de l'enceinte favorise sa tenue â la surpression.
En cas de fuite importante de~fluide cyrogénique, ce
fluide est retenu efficacement par l'enveloppe interne 9 en
acier inoxydable, qui est un métal résilient, et le gaz
résultant de l'éventuelle vaporisation de liquide est évacué
via la soupape 29 du toit I2.
De plus, le froid ne se transmet pratiquement pas à
l'enveloppe extérieure, et a fortiori â l'embase 20 ni é la
structure métallique sous-jacente 21. Les risques de rupture
d'éléments par fragilisation sont ainsi écartés.
On notera que grâce â la présence de la cheminée 24,
on peut accéder aux organes tels les organes 7 et e sans
avoir à retirer la perlite 18 â chaque intervention.
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Dessin représentatif