Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
WO 2022/013501
PCT/FR2021/051317
DESCRIPTION
Titre: Système de chargement de gaz naturel liquide.
La présente invention s'inscrit dans le domaine des systèmes de chargement de
gaz naturel liquide
(GNL), et plus particulièrement les systèmes de chargement de gaz naturel
d'une cuve équipant
un ouvrage flottant.
Le gaz naturel liquide est généralement stocké dans une cuve réservoir, avant
d'être chargé dans
une cuve réceptrice d'un ouvrage flottant. Le gaz naturel liquide est maintenu
à une température
suffisamment basse permettant de le maintenir sous forme liquide à pression
atmosphérique dans
chacune des cuves. Il est connu de transférer le gaz naturel liquide de la
cuve réservoir vers la cuve
réceptrice grâce un système de chargement.
Un tel système de chargement comprend au moins une ligne d'alimentation par
laquelle le gaz
naturel liquide circule de la cuve réservoir vers la cuve réceptrice. Lorsque
le gaz naturel liquide
arrive dans la cuve réceptrice, un écart de température entre la température
du fluide et la
température à l'intérieur de la cuve réceptrice entrai ne une évaporation
d'une partie du gaz
naturel. De plus, le gaz naturel liquide peut être chauffé par exemple lors de
son passage à travers
une pompe disposée sur la ligne d'alimentation et forçant la mise en mouvement
du gaz naturel
liquide dans la ligne d'alimentation, et/ou encore par des infiltrations
thermiques dans le système
de chargement, favorisant alors son évaporation lors de son arrivée dans la
cuve réceptrice. Il est
connu d'équiper de tels systèmes de chargement d'un système de traitement
et/ou de
consommation du gaz naturel évaporé. Ces systèmes de chargement comprennent
une ligne de
retour de gaz et une unité de traitement et/ou de consommation du gaz naturel
évaporé, le gaz
évaporé dans la cuve réceptrice circulant depuis la cuve réceptrice vers
l'unité de traitement et/ou
de consommation à travers la ligne de retour de gaz. L'unité de traitement
et/ou de
consommation peuvent par exemple être une unité de liquéfaction faisant passer
le gaz naturel
évaporé sous forme liquide, le gaz naturel liquide produit étant ensuite remis
en circulation vers la
cuve réservoir, limitant ainsi la perte de gaz naturel sous forme gazeuse.
L'unité de traitement et/ou de consommation utilisée dans de tels systèmes de
chargement est
ainsi dimensionnée pour traiter un volume de gaz naturel sous forme gazeuse
déterminé par les
caractéristiques techniques de la cuve réceptrice. Ce volume étant important,
l'unité de traitement
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et/ou de consommation comprend des moyens techniques volumineux, coureux et
consommateur
d'énergie.
Dans ce contexte, la présente invention propose un système de chargement
permettant de charger
du gaz naturel liquide refroidi d'une cuve réservoir vers une cuve réceptrice
tout en réduisant la
quantité de gaz naturel sous forme gazeuse générée pendant le chargement de la
cuve réceptrice, et
durant le transport de la cuve réceptrice vers son lieu de déchargement, ce
qui permet de réduire
la capacité des unités de reliquéfaction embarquées sur le navire comportant
au moins une cuve
réceptrice.
La présente invention a pour principal objet un système de chargement
configuré pour transférer
un fluide cryogénique d'une cuve réservoir vers une cuve réceptrice, le
système de chargement
comprenant au moins un élément de circulation du fluide cryogénique à l'état
liquide qui relie la
cuve réservoir à la cuve réceptrice, une unité de traitement et/ou de
consommation du fluide
cryogénique à l'état gazeux issu au moins de la cuve réceptrice et une ligne
de retour du fluide
cryogénique à l'état gazeux qui relie la cuve réceptrice à l'unité de
traitement et/ou de
consommation, caractérisé en ce que le système de chargement comprend au moins
une unité de
refroidissement du fluide cryogénique circulant vers la cuve réceptrice dans
l'élément de
circulation, le froid généré par l'unité de refroidissement résultant d'une
évaporation du fluide
cryogénique provenant de la cuve réservoir.
Le système de chargement assure le transfert de fluide cryogénique de la cuve
réservoir vers la cuve
réceptrice, le fluide cryogénique circulant à travers l'élément de
circulation. Le fluide cryogénique
circulant dans l'élément de circulation est refroidi par l'unité de
refroidissement, la température
du fluide cryogénique refroidi étant inférieure à celle du fluide cryogénique
circulant dans
l'élément de circulation en amont de l'unité de refroidissement. Cela a pour
effet d'abaisser la
température du fluide cryogénique chargé dans la cuve réceptrice, limitant
ainsi l'évaporation du
fluide cryogénique reçu dans la cuve réceptrice et permettant in fine de
réduire la capacité de
l'unité de traitement et/ou de consommation, que ladite unité soit embarquée
sur un navire
équipé d'au moins une cuve réceptrice et/ou installée sur le terminal avec la
cuve réservoir. Le
froid utilisé pour abaisser la température du fluide cryogénique circulant
dans l'élément de
circulation provient de l'évaporation d'une partie de fluide cryogénique
provenant de la cuve
réservoir. Plus précisément, cette partie de fluide cryogénique est détendue,
c'est-à-dire que la
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pression de cette partie de fluide cryogénique est abaissée, de sorte qu'elle
abaisse la température
du fluide cryogénique circulant dans la ligne d'alimentation additionnelle.
On comprend donc ici que le système de chargement a pour première fonction de
transférer du
fluide cryogénique d'une cuve à l'autre tout en le refroidissant afin de
limiter de façon astucieuse
l'évaporation dudit fluide cryogénique une fois transféré dans la cuve
réceptrice. Il découle de cela
que la quantité de fluide cryogénique contenu dans la cuve réservoir va
diminuer au fur et à
mesure du transfert de fluide cryogénique réalisé par le système de chargement
au profit de la
quantité de fluide cryogénique contenue dans la cuve réceptrice. Le système de
chargement
entraîne ainsi une modification de la quantité de fluide cryogénique contenue
dans chacune des
cuves, la cuve réservoir voyant sa quantité de fluide diminuée tandis que
celle de la cuve réceptrice
augmente.
La diminution de température du fluide cryogénique envoyé vers la cuve
réceptrice limite
l'évaporation du fluide cryogénique contenu dans la cuve réceptrice. En effet,
grâce à l'unité de
refroidissement, la température du fluide cryogénique transféré dans la cuve
réceptrice est
diminuée par rapport à la température du fluide cryogénique contenu dans la
cuve réservoir.
Par ailleurs, on comprend par unité de traitement et/ou de consommation
une unité pouvant
soit modifiée la température, la pression et/ou l'état du gaz naturel
circulant au travers, soit
utiliser le gaz naturel pour produire une énergie, par exemple thermique ou
mécanique, soit les
deux à la fois. L'unité de traitement peut être par exemple une unité de
liquéfaction, un organe de
compression, tandis que l'unité de consommation peut être par exemple un
moteur utilisant par
exemple le gaz naturel comme carburant.
De plus, la cuve réservoir et la cuve réceptrice peuvent être, l'une et/ou
l'autre, un type de cuve
choisi parmi un réservoir terrestre de fluide cryogénique, une cuve de
transport installée sur un
navire, une cuve de réservoir en carburant d'un navire de transport de
personnes et/ou de
marchandises, une plateforme gravitaire, une unité flottante de stockage de
fluide cryogénique ou
une unité flottante de stockage et de regazéification de fluide cryogénique.
Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, la cuve réservoir est un
réservoir terrestre ou
une plateforme gravitaire tandis que la cuve réceptrice est une cuve de
transport installé sur un
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navire ou une cuve de réservoir de carburant d'un navire de transport de
personnes et/ou de
marchandises.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, la cuve réservoir
est une unité flottante
de stockage de fluide cryogénique tandis que la cuve réceptrice est une cuve
de transport installé
sur un navire.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, la cuve réservoir
est une cuve de
transport installé sur un navire tandis que la cuve réceptrice est une cuve de
réservoir de carburant
d'un navire de transport de personnes et/ou de marchandises.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, la cuve réservoir
est une cuve de
transport installé sur un navire tandis que la cuve réceptrice est une unité
flottante de stockage et
de regazéification de fluide cryogénique.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, l'élément de
circulation comprend une
ligne d'alimentation principale du fluide cryogénique à l'état liquide qui
relie la cuve réservoir à la
cuve réceptrice, l'unité de refroidissement refroidissant le fluide
cryogénique à l'état liquide
circulant dans la ligne d'alimentation principale.
On comprend que le fluide cryogénique circulant dans la ligne d'alimentation
principale depuis la
cuve réservoir vers la cuve réceptrice est refroidi par l'unité de
refroidissement.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, l'élément de
circulation comprend une
ligne d'alimentation principale du fluide cryogénique à l'état liquide qui
relie la cuve réservoir à la
cuve réceptrice et au moins une ligne d'alimentation additionnelle du fluide
cryogénique à l'état
liquide provenant de la cuve réservoir et circulant vers la cuve réceptrice,
l'unité de
refroidissement refroidissant le fluide cryogénique à l'état liquide circulant
dans la ligne
d'alimentation additionnelle.
Le système de chargement assure le transfert de fluide cryogénique de la cuve
réservoir vers la cuve
réceptrice, le fluide cryogénique circulant d'une part à travers la ligne
d'alimentation principale et
d'autre part à travers la ligne d'alimentation additionnelle. Le fluide
cryogénique circulant dans la
ligne d'alimentation additionnelle est refroidi par l'unité de
refroidissement, la température du
fluide cryogénique refroidi étant inférieure à celle du fluide cryogénique
circulant dans la ligne
d'alimentation principale. Cela a pour effet d'abaisser la température du
fluide cryogénique
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chargé dans la cuve réceptrice, limitant ainsi l'évaporation du fluide
cryogénique reçu dans la cuve
réceptrice et permettant in fine de réduire la capacité de l'unité de
traitement et/ou de
consommation, que ladite unité soit embarquée sur un navire équipé d'au moins
une cuve
réceptrice et/ou installée sur le terminal avec la cuve réservoir.
Avantageusement, l'unité de refroidissement ne refroidir que le fluide
cryogénique circulant dans
la ligne d'alimentation additionnelle, le fluide cryogénique circulant dans la
ligne d'alimentation
principale ne subissant pas de traitement par l'unité de refroidissement.
On comprend que la ligne d'alimentation additionnelle peut être directement ou
indirectement
reliée à l'une ou l'autre des cuves. En effet, la ligne d'alimentation
additionnelle peut s'étendre
d'une cuve à l'autre en étant totalement distincte de la ligne d'alimentation
principale ou peut
être issue et/ou débouché au niveau de la ligne d'alimentation principale.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, l'unité de
refroidissement comprend
une conduite dans laquelle circule du fluide cryogénique et qui relie la cuve
réservoir à l'unité de
traitement et/ou de consommation, l'unité de refroidissement comprenant au
moins un organe de
détente, un échangeur de chaleur et un dispositif de compression disposés dans
cet ordre sur la
conduite, l'échangeur de chaleur échangeant des calories entre le fluide
cryogénique circulant dans
la ligne d'alimentation additionnelle et la conduite.
Plus précisément, le fluide cryogénique provenant de la cuve réservoir circule
dans la conduite, ce
fluide cryogénique étant détendu par l'organe de détente avant de circuler à
travers l'échangeur de
chaleur. Lorsqu'il traverse l'échangeur de chaleur, le fluide cryogénique
circulant dans la ligne
d'alimentation additionnelle cède des calories au fluide cryogénique détendu
circulant également
dans l'échangeur de chaleur, le fluide cryogénique circulant dans la ligne
d'alimentation
additionnelle étant alors refroidi à une température inférieure à celle du
fluide cryogénique
circulant à travers la ligne d'alimentation principale.
En d'autres termes, le fluide cryogénique circulant dans la conduite et
traversant l'échangeur de
chaleur est réchauffé et évaporé dans l'échangeur de chaleur par captation de
calories provenant
du fluide cryogénique circulant dans la ligne d'alimentation additionnelle,
puis aspiré et
compressé par le dispositif de compression. Lors de l'aspiration, le
dispositif de compression
provoque une dépression dans l'échangeur de chaleur, abaissant la pression du
fluide cryogénique
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présent en amont du dispositif de compression et en aval de l'organe de
détente. La pression du
fluide cryogénique passe par la suite d'une pression inférieure à la pression
atmosphérique à une
pression supérieure à la pression atmosphérique grâce au dispositif de
compression, le fluide
cryogénique compressé à l'état gazeux étant alors envoyé vers l'unité de
traitement et/ou. de
consommation.
Par ailleurs, c'est au sein de l'échangeur de chaleur que la température du
fluide cryogénique
circulant dans la ligne d'alimentation additionnelle diminue et devient
inférieure à la température
du fluide cryogénique circulant dans la conduite d'alimentation principale,
notamment par la
transmission des calories du fluide cryogénique circulant dans la ligne
d'alimentation
additionnelle vers le fluide cryogénique circulant dans la conduite. On
comprend que la
température du fluide cryogénique circulant dans la ligne d'alimentation
additionnelle est abaissée
lors de l'échange de calories réalisé dans l'échangeur de chaleur.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, l'échangeur de
chaleur comprend au
moins une première passe constitutive de la conduite et une deuxième passe
constitutive de la
ligne d'alimentation additionnelle, l'organe de détente étant disposé en amont
de la première
passe. En d'autres termes, le fluide cryogénique circulant dans la ligne
d'alimentation
additionnelle circule également à travers la deuxième passe tandis que le
fluide cryogénique
circulant dans la conduite parcourt la première passe.
On comprend que dans cette configuration, le fluide cryogénique circulant dans
la conduite est
détendu avant de circuler dans la première passe de l'échangeur de chaleur.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, le dispositif de
compression est installé
sur la conduite entre l'échangeur de chaleur et l'unité de traitement et/ou de
consommation.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, le fluide
cryogénique est à l'état gazeux
entre la première passe et le compresseur.
Le dispositif de compression aspire puis augmente la pression du fluide
cryogénique circulant
dans la conduite en aval de la première passe de l'échangeur de chaleur.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, l'échange de
chaleur réalisé dans
l'échangeur de chaleur se fait entre le fluide cryogénique à l'état liquide
circulant dans la ligne
d'alimentation additionnelle et le fluide cryogénique diphasique circulant
dans la conduite avant
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son entrée dans l'échangeur de chaleur, le fluide cryogénique circulant dans
la conduite passant de
l'état diphasique à l'état gazeux au sein de l'échangeur de chaleur.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, la première passe
de l'échangeur de
chaleur est configurée pour être soumise à une pression inférieure à la
pression atmosphérique.
Ce niveau de pression dans la première passe est la conséquence de la
restriction de circulation
générée par l'organe de détente combiné à l'aspiration réalisée par le
dispositif de compression,
mettant ainsi en dépression le volume de la conduite situé entre l'organe de
détente et le dispositif
de compression.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, le système de
chargement est configure
pour que la température du fluide cryogénique circulant dans la ligne
d'alimentation
additionnelle entre l'échangeur de chaleur et la cuve réceptrice soit
inférieure d'au moins 2 C à la
température du fluide cryogénique circulant dans la ligne d'alimentation
principale.
Préférentiellement, la différence de température entre le fluide cryogénique
circulant en aval de la
deuxième passe et le fluide cryogénique circulant dans la ligne d'alimentation
principale est d'au
moins 9 C.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, la différence de
température entre le
fluide cryogénique circulant en aval de la deuxième passe et le fluide
cryogénique circulant dans la
ligne d'alimentation principale est d'au moins 8 C.
La température atteinte par le fluide cryogénique qui circule dans la ligne
d'alimentation
additionnelle permet d'abaisser la température globale de la cargaison chargée
dans la cuve
réceptrice de l'ordre de 0,5 C à 1 C. Un tel abaissement limite
significativement l'évaporation du
gaz naturel chargé dans la cuve réceptrice par le système de chargement selon
l'invention. Cet
avantage de l'invention a pour effet de pouvoir limiter la capacité de
liquéfaction du fluide
cryogénique évaporé en installant des unités de traitement et/ou de
consommation de plus petites
tailles.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, le circuit de
refroidissement comprend
une vanne de contrôle du débit du fluide cryogénique positionnée sur la ligne
d'alimentation
principale ou sur la ligne d'alimentation additionnelle en amont de l'organe
de détente.
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Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, la ligne
d'alimentation additionnelle et
la conduite sont raccordées à la ligne d'alimentation principale.
Selon une alternative, la conduite est issue de la ligne d'alimentation
additionnelle.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, la cuve réservoir
comprenant au moins
une pompe configurée pour mettre en circulation le fluide cryogénique au sein
de la ligne
d'alimentation principale, de la ligne d'alimentation additionnelle et de la
conduite.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, le système de
chargement comprend
une canalisation de fluide cryogénique à l'état gazeux reliant la cuve
réservoir à la conduite, la
canalisation étant configuré pour acheminer le fluide cryogénique à l'état
gazeux de la cuve
réservoir vers l'unité de traitement et/ou de consommation.
La présente invention a également pour objet un ensemble comprenant un ouvrage
flottant
comprenant la cuve réceptrice, un terminal de chargement comprenant la cuve
réservoir et un
système de chargement selon l'une quelconque des caractéristiques listées dans
le présent
document reliant le terminal de chargement à l'ouvrage flottant.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, la cuve réceptrice
comprend au moins
une paroi de fond et une paroi de plafond, la ligne &alimentation principale
débouchant plus
proche de la paroi de fond que de la paroi de plafond.
Dans cette configuration, le fluide cryogénique provenant de la ligne
d'alimentation additionnelle
se mélange au fluide cryogénique stocké dans la cuve réceptrice et participe à
refroidir le fluide
cryogénique contenu dans la cuve réceptrice.
La présente invention concerne également un procédé de chargement d'une cuve
réceptrice par
un système de chargement selon l'une quelconque caractéristiques précédentes,
durant lequel on
achemine un fluide cryogénique à l'état liquide à travers la ligne
d'alimentation principale et la
ligne d'alimentation additionnelle depuis une cuve réservoir vers la cuve
réceptrice, et au cours
duquel on refroidit le fluide cryogénique circulant dans la ligne
d'alimentation additionnelle à
une température inférieure à celle du fluide cryogénique circulant dans la
ligne d'alimentation
principale par détente du fluide cryogénique provenant de la cuve réservoir.
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D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront
plus clairement à la
lecture de la description qui suit d'une part, et de plusieurs exemples de
réalisation donnés à titre
indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés
d'autre part, sur lesquels :
[Fig. 1] est une représentation schématique d'un système de chargement selon
l'invention et selon
un premier mode de réalisation ;
[Fig. 2] est une représentation schématique d'un système de chargement selon
l'invention et selon
un deuxième mode de réalisation ;
[Fig. 3] est une représentation schématique d'un système de chargement selon
l'invention et selon
un troisième mode de réalisation ;
[Fig. 4] est une représentation en perspective du système de chargement selon
la figure 1 reliant
une cuve réceptrice d'un ouvrage flottant à une cuve réservoir d'un terminal
de chargement.
Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de
l'invention peuvent être
associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la
mesure oit elles ne sont pas
incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra
notamment imaginer des
variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques
décrites par la suite de
manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de
caractéristiques est
suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour différencier
l'invention par rapport à
l'état de la technique antérieur.
Dans la suite de la description, les termes amont et aval s'entendent
selon un sens de
circulation d'un fluide cryogénique à l'état liquide, gazeux ou diphasique à
travers l'élément
concerné.
Sur les figures 1 à 4 est représenté un système de chargement 1 configuré pour
transférer un fluide
cryogénique 3 d'une cuve réservoir 2 vers une cuve réceptrice 4. On comprend
par cuve
réservoir 2 une cuve dans laquelle est initialement stocké le fluide
cryogénique 3, et par cuve
réceptrice 4 une cuve dans laquelle est acheminé le fluide cryogénique 3
provenant de la cuve
réservoir 2.
Tel qu'illustré plus particulièrement sur la figure 4, la cuve réservoir 2
peut, par exemple, être
installée sur un terminal de chargement 6, tel que le quai d'un port par
exemple, et la cuve
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réceptrice 4 peut par exemple être installée sur un ouvrage flottant 8, tel
qu'un navire de transport
par exemple, l'ouvrage flottant 8 étant proche du terminal de chargement 6
pour charger du
fluide cryogénique 3 depuis la cuve réservoir 2 vers la cuve réceptrice 4
dudit ouvrage.
Tel qu'illustré sur la figure 1, au moins une des cuves 2, 4, et
avantageusement la cuve réceptrice
4, est constituée de couches 10 étanches et thermiquement isolantes
configurées pour maintenir le
fluide cryogénique 3 à une température inférieure à sa température de
vaporisation, par exemple -
163 C. Préférentiellement, la cuve réceptrice 4 et la cuve réservoir 2 sont
constituées de telles
couches 10 étanches et thermiquement isolantes. Le fluide cryogénique 3 est
par exemple du gaz
naturel liquide (LNG) qui est à l'état liquide à une température égale ou
inférieure à -163 C à
pression atmosphérique.
Pour maintenir le fluide cryogénique 3 à une température la plus basse
possible, chaque cuve 2, 4
comprend, par exemple, au moins un espace primaire 12 étanche et thermiquement
isolant en
contact avec le fluide cryogénique 3 contenu dans la cuve 2, 4 et un espace
secondaire 14 étanche
et thermiquement isolant enveloppant l'espace primaire 12 et généralement
soutenu par une
structure porteuse.
Par ailleurs, chaque cuve 2, 4 comprend une paroi de fond 10a et une paroi de
plafond 10b, le
fluide cryogénique 3 à l'état liquide reposant sur la paroi de fond 10a, et le
fluide cryogénique à
l'état gazeux se retrouvant généralement au niveau de la paroi de plafond 10b
dans un espace
dénommé ciel de cuve 16 dans la suite de la description.
Le fluide cryogénique 3 est transporté à travers le système de chargement 1
pour circuler de la
cuve réservoir 2 vers la cuve réceptrice 4. Pour cela, le système de
chargement 1 comprend au
moins un élément de circulation 17 du fluide cryogénique 3 à l'état liquide
qui relie la cuve
réservoir 2 à la cuve réceptrice 4. Cet élément de circulation 17 comprend au
moins une ligne
d'alimentation principale 18 qui s'étend depuis la cuve réservoir 2 vers la
cuve réceptrice 4 entre
une entrée de ligne 20 installée au niveau la paroi de fond 10a de la cuve
réservoir 2 et une sortie
de ligne 22 installée au niveau de la paroi de fond 10a de la cuve réceptrice
4.
Tel qu'illustré sur la figure 1, le système de chargement 1 comprend au moins
une pompe 24
installée au niveau de l'entrée de ligne 20 de la ligne d'alimentation
principale 18. La pompe 24
est configurée pour mettre en circulation le fluide cryogénique 3 de la cuve
réservoir 2 vers la cuve
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réceptrice 4 à travers au moins la ligne d'alimentation principale 18 du
système de chargement 1.
Par ailleurs, la pompe 24 peut entraîner une augmentation de la pression du
fluide cryogénique
circulant à travers la ligne d'alimentation principale 18, la pression du
fluide cryogénique pouvant
être supérieure à la pression atmosphérique, jusqu'à 10 bars par exemple.
Une partie du fluide cryogénique 3 s'évapore généralement lors de son arrivée
dans la cuve
réceptrice 4. Le fluide cryogénique à l'état gazeux présent dans la cuve
réceptrice 4 se déplace
naturellement vers la paroi de plafond 10b et forme le ciel de cuve 16 de la
cuve réceptrice 4.
Pour optimiser la quantité de fluide cryogénique stocké, le système de
chargement 1 comprend au
moins une unité de traitement et/ou de consommation 26 du fluide cryogénique à
l'état gazeux
issu au moins de la cuve réceptrice 4 et une ligne de retour 28 du fluide
cryogénique à l'état
gazeux qui relie la cuve réceptrice 4 à l'unité de traitement et/ou de
consommation 26.
Tel qu'illustré sur la figure 1, la ligne de retour 28 de fluide comprend une
entrée de gaz 29
installée au niveau de la paroi de plafond 10b de la cuve réceptrice 4 de
sorte à communiquer
aérauliquement avec le ciel de cuve 16 de la cuve réceptrice 4, et une sortie
de gaz 30 installée au
niveau de l'unité de traitement et/ou de consommation 26. Le fluide
cryogénique à l'état gazeux
présent dans le ciel de cuve 16 de la cuve réceptrice 4 circule ainsi depuis
la cuve réceptrice 4 vers
l'unité de traitement et/ou de consommation 26 à travers la ligne de retour 28
de fluide.
Selon un premier mode de réalisation et tel qu'illustré sur la figure 1,
l'unité de traitement et/ou
de consommation est une unité de liquéfaction 26 configurée pour faire passer
le fluide
cryogénique de l'état gazeux à l'état liquide. Généralement, l'unité de
liquéfaction 26 comprend
un échangeur thermique chargé de condenser les vapeurs de gaz naturel captées
dans le ciel de
cuve 16. A ce stade, le fluide cryogénique passe de l'état gazeux à l'état
liquide. Le fluide
cryogénique ressort de l'unité de liquéfaction 26 à l'état liquide, circule
ensuite dans un tube de
retour 32 de fluide débouchant au niveau de la paroi de fond 10a de la cuve
réservoir 2.
Selon l'invention et tel qu'illustré sur la figure 1, le système de chargement
1 comprend au moins
une unité de refroidissement 36 du fluide cryogénique 3 circulant dans
l'élément de circulation
17 vers la cuve réceptrice 4, le froid généré par l'unité de refroidissement
36 résultant d'une
évaporation du fluide cryogénique 3 provenant de la cuve réservoir 2. On
comprend que l'unité
de refroidissement 36 refroidit le fluide cryogénique 3 circulant dans la
ligne d'alimentation
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principale 18 depuis la cuve réservoir 2 vers la cuve réceptrice 4. De la
sorte, le fluide cryogénique
3 à l'état liquide circulant dans la ligne d'alimentation principale 18 en
aval de l'unité de
refroidissement 36 présente une température inférieure à la température du
fluide cryogénique 3
circulant dans la ligne d'alimentation principale 18 en amont de l'unité de
refroidissement 36.
Le système de chargement 1 comprend une conduite 44 reliée à l'unité de
traitement et/ou de
consommation 26 et dans laquelle circule du fluide cryogénique, la conduite 44
faisant partie de
l'unité de refroidissement 36. La conduite 44 est reliée ici à la ligne
d'alimentation principale 18
pour s'étendre jusqu'à l'unité de traitement et/ou de consommation 26.
L'unité de refroidissement 36 comprend au moins un organe de détente 46, un
échangeur de
chaleur 48 et un dispositif de compression 50 disposés sur la conduite 44.
L'échangeur de chaleur 48 de l'unité de refroidissement 36 comprend au moins
une première
passe 52 constitutive de la conduite 44 et une deuxième passe 54 constitutive
de la ligne
d'alimentation principale 18. Configuré de cette façon, l'échangeur de chaleur
48 échange des
calories entre le fluide cryogénique circulant dans la ligne d'alimentation
principale 18 et le fluide
cryogénique circulant dans la conduite 44, l'échange de calories entre le
fluide cryogénique
circulant dans la ligne d'alimentation principale 18 et le fluide cryogénique
circulant dans la
conduite 44 se réalisant notamment au niveau des première et deuxième passes
52, 54 de
l'échangeur de chaleur 48. Les calories échangées entre le fluide cryogénique
circulant dans la
ligne d'alimentation principale 18 et le fluide cryogénique circulant dans la
conduite 44
entrainent la diminution de la température du fluide cryogénique circulant
dans la ligne
d'alimentation principale 18, le fluide cryogénique circulant dans la ligne
d'alimentation
principale 18 cédant des calories au profit du fluide cryogénique circulant
dans la conduite 44.
Ce transfert des calories est obtenu par la présence de l'organe de détente 46
qui abaisse la
pression du fluide cryogénique, favorisant ainsi son changement d'état.
Selon l'invention, la température du fluide cryogénique circulant dans la
ligne d'alimentation
principale 18 en aval de la deuxième passe 54 de l'échangeur de chaleur 48 est
inférieure d'au
moins 2 C à la température du fluide cryogénique circulant dans la ligne
d'alimentation
principale 18 en amont de la deuxième passe 54 de l'échangeur de chaleur 48.
Avantageusement,
la différence de température entre le fluide cryogénique circulant dans la
ligne d'alimentation
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principale 18 en aval de la deuxième passe 54 de l'échangeur de chaleur 48 et
le fluide
cryogénique circulant dans la conduite 44 est d'au moins 8 C.
Tel qu'illustré sur la figure 1, l'organe de détente 46 de l'unité de
refroidissement 36 est installé
en amont de la première passe 52 sur la conduite 44. Autrement dit, on
comprend que le fluide
cryogénique à l'état liquide qui alimente la première passe 52 subi une
détente, c'est-à-dire une
diminution de sa pression avant de rejoindre la première passe 52, entrainant
un changement
d'état du fluide cryogénique, passant ainsi d'un état liquide à un état
diphasique oit une partie du
fluide cryogénique est à l'état liquide et une autre partie à l'état gazeux. A
l'inverse, le fluide
cryogénique à l'état liquide circulant à travers la deuxième passe 54 de
l'échangeur de chaleur 48
rejoint cette deuxième passe 54 sans n'avoir subi aucune modification de sa
pression ou de sa
température autre que celle liée au pompage en lui-même. En d'autres termes,
on comprend que
cet échangeur de chaleur 48 est configuré pour opérer un échange de chaleur
entre du fluide
cryogénique à l'état gazeux détendu et du fluide cryogénique à l'état liquide
non détendu. Par
exemple, le fluide cryogénique peut être détendu à une pression inférieure à
la pression
atmosphérique, faisant passer le fluide cryogénique d'une pression d'au plus
de 10 bars en amont
de l'organe de détente 46 à une pression de 0.5 bar entre l'organe de détente
46 et le dispositif de
compression 50.
Avantageusement, la différence de pression, et donc de température, entre le
fluide cryogénique à
l'état gazeux circulant dans la première passe 52 et le fluide cryogénique à
l'état liquide circulant
dans la deuxième passe 54 entraîne le refroidissement du fluide cryogénique à
l'état liquide
circulant dans la deuxième passe 54 et l'évaporation du fluide cryogénique à
l'état diphasique
entrant dans la première passe 52.
Un orifice de sortie de la deuxième passe 54 de l'échangeur de chaleur 48 est
fluidiquement
raccordé à la cuve réceptrice 4 de sorte que le fluide cryogénique à l'état
liquide refroidi par son
passage au travers de la deuxième passe 54 de l'échangeur de chaleur 48 peut
circuler vers la cuve
réceptrice 4. On comprend qu'injecter du fluide cryogénique à l'état liquide
ainsi refroidi
participe à abaisser la température de la cargaison envoyée dans la cuve
réceptrice 4, et ainsi à
limiter le phénomène d'évaporation du fluide cryogénique 3 contenu dans la
cuve réceptrice 4.
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Tel que décrit ci-dessus, le fluide cryogénique circulant en aval de la
première passe 52 de
l'échangeur de chaleur 48 est à l'état gazeux. Le dispositif de compression 50
est avantageusement
installé sur la conduite 44 en aval de l'échangeur de chaleur 48 et en amont
de l'unité de
liquéfaction 26. Le fluide cryogénique à l'état gazeux sortant de la première
passe 52 de
l'échangeur de chaleur 48 est aspiré par le dispositif de compression 50 dans
la conduite 44.
L'aspiration du fluide cryogénique à l'état gazeux provoque une dépression du
volume de circuit
situé entre une sortie de l'organe de détente 46 et une entrée du dispositif
de compression 50. La
pression du fluide cryogénique dans cette portion de circuit est comprise
entre 0.5 bar et 0.35
bar, pression absolue.
Le dispositif de compression 50 est configuré pour compresser le fluide
cryogénique à l'état
gazeux. On comprend par compresser que la pression du fluide cryogénique
est augmentée par
le dispositif de compression 50, faisant passer le fluide cryogénique à l'état
gazeux d'une pression
de 0.35 bar par exemple à une pression suffisante pour que le fluide
cryogénique rejoigne l'unité
de traitement et/ou de consommation 26.
La conduite 44 relie fluidiquement le dispositif de compression 50 à l'unité
de traitement et/ou
de consommation 26 de sorte que le fluide cryogénique à l'état gazeux
compressé peut circuler
vers l'unité de traitement et/ou de consommation 26.
Lorsque l'unité de traitement et/ou de consommation 26 est une unité de
liquéfaction 26, comme
représentée par exemple sur la figure 1, le fluide cryogénique à l'état gazeux
compressé est alors
liquéfié dans l'unité de liquéfaction 26, par diminution de la température du
fluide cryogénique.
Par ailleurs, le système de chargement 1 peut comprendre une canalisation 56
de fluide
cryogénique à l'état gazeux reliant la cuve réservoir 2 à la conduite 44, la
canalisation 56 étant
configurée pour acheminer le fluide cryogénique à l'état gazeux de la cuve
réservoir 2 vers l'unité
de traitement et/ou de consommation 26. Plus précisément, la canalisation 56
s'étend depuis la
paroi de plafond 10b de la cuve réservoir 2 en reliant ainsi le ciel de cuve
16 de la cuve réservoir 2
à la conduite 44, la canalisation 56 débouchant en aval du dispositif de
compression 50 et en
amont de l'unité de liquéfaction 26. Le fluide cryogénique 3 s'évaporant dans
la cuve réservoir 2,
passant ainsi d'un état liquide à un état gazeux, circule dans la canalisation
56 puis dans une
partie de la conduite 44 vers l'unité de traitement et/ou de consommation 26.
Le fluide
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cryogénique à l'état gazeux provenant de la cuve réservoir 2 et circulant dans
la canalisation 56 se
mélange au fluide cryogénique à l'état gazeux circulant dans la conduite 44
pour ensuite être
liquéfié dans l'unité de traitement et/ou de consommation 26.
On va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation en référence à la
figure 2.
Tel qu'illustré sur la figure 2, l'élément de circulation 17 comprend au moins
une ligne
d'alimentation additionnelle 34 du fluide cryogénique à l'état liquide
distincte de la ligne
d'alimentation principale 18 et qui relie fluidiquement la cuve réservoir 2 à
la cuve réceptrice 4.
L'unité de refroidissement 36 refroidit le fluide cryogénique circulant dans
la ligne d'alimentation
additionnelle 34, le froid généré par l'unité de refroidissement 36 résultant
d'une évaporation du
fluide cryogénique 3 provenant de la cuve réservoir 2. De la sorte, la ligne
d'alimentation
additionnelle 34 comprend une première portion 38 en amont de l'unité de
refroidissement 36 et
une deuxième portion 40 en aval de l'unité de refroidissement 36. Le fluide
cryogénique circulant
à travers la deuxième portion 40 de la ligne d'alimentation additionnelle 34
présente une
température inférieure à la température du fluide cryogénique circulant dans
la ligne
d'alimentation principale 18.
Le système de chargement 1 peut comprendre une vanne de contrôle 42 du débit
du fluide
cryogénique positionnée sur la ligne d'alimentation principale 18. Plus
précisément, la vanne de
contrôle 42 est installée en aval de l'intersection entre la première portion
38 de la ligne
d'alimentation additionnelle 34 et contrôle le débit de fluide cryogénique
circulant à travers la
ligne d'alimentation principale 18. On comprend que la vanne de contrôle 42
peut bloquer la
circulation du fluide cryogénique à l'état liquide à travers la conduite
d'alimentation principale 18
en aval de la vanne de contrôle 42, la totalité du fluide cryogénique envoyée
par la pompe 24 dans
la ligne d'alimentation principale 18 en amont de la vanne de contrôle 42
passant ainsi par la
ligne d'alimentation additionnelle 34. En d'autres termes, la vanne de
contrôle 42 peut guider la
totalité du fluide cryogénique vers la ligne d'alimentation additionnelle 34
ou seulement une
partie.
Selon un autre mode de réalisation alternatif à celui décrit ci-dessus, le
système de chargement
comprend une vanne de contrôle 42 du débit du fluide cryogénique positionnée
sur la ligne
d'alimentation additionnelle 18. Plus précisément, la vanne de contrôle 42 est
installée sur la
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première portion 38 de la ligne d'alimentation additionnelle 34 et contrôle le
débit du fluide
cryogénique circulant à travers la ligne d'alimentation additionnelle 34.
La conduite 44 est reliée ici à la ligne d'alimentation additionnelle 34 pour
s'étendre jusqu'à
l'unité de traitement et/ou de consommation 26. Plus précisément, la conduite
44 s'étend depuis
la première portion 38 de la ligne d'alimentation additionnelle 34, entre la
vanne de contrôle 42
et l'unité de refroidissement 36, et l'unité de liquéfaction 26.
Tel qu'illustré sur la figure 2, la ligne d'alimentation additionnelle 34 et
la conduite 44 sont
raccordées à la ligne d'alimentation principale 18, le fluide cryogénique
étant mis en circulation à
travers la ligne d'alimentation principale 18, la ligne d'alimentation
additionnelle 34 et la
conduite 44 par la pompe 24 installée au niveau de l'entrée de ligne 20 de la
ligne d'alimentation
principale 18. De plus et tel qu'illustré ici sur la figure 2, la ligne
d'alimentation additionnelle 34
débouche dans la ligne d'alimentation principale 18 en aval de la vanne de
contrôle 42.
Cependant, la ligne d'alimentation additionnelle 34 peut déboucher au niveau
de la paroi de fond
10a de la cuve réceptrice 4 sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
La première passe 52 de l'échangeur de chaleur 48 est ici constitutive de la
conduite 44 et la
deuxième passe 54 est quant à elle constitutive de la ligne d'alimentation
additionnelle 34.
Configuré de cette façon, l'échangeur de chaleur 48 échange des calories entre
le fluide
cryogénique circulant dans la ligne d'alimentation additionnelle 34 et le
fluide cryogénique
circulant dans la conduite 44, l'échange de calories entre le fluide
cryogénique circulant dans la
ligne d'alimentation additionnelle 34 et le fluide cryogénique circulant dans
la conduite 44 se
réalisant notamment au niveau des première et deuxième passes 52, 54 de
l'échangeur de chaleur
48. Les calories échangées entre le fluide cryogénique circulant dans la ligne
d'alimentation
additionnelle 34 et le fluide cryogénique circulant dans la conduite 44
entrainent la diminution
de la température du fluide cryogénique circulant dans la ligne d'alimentation
additionnelle 34, le
fluide cryogénique circulant dans la ligne d'alimentation additionnelle 34
cédant des calories au
profit du fluide cryogénique circulant dans la conduite 44.
Ce transfert des calories est obtenu par la présence de l'organe de détente 46
qui abaisse la
pression du fluide cryogénique, favorisant ainsi son changement d'état, le
fonctionnement de
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l'échangeur de chaleur 48 dans ce deuxième mode de réalisation étant similaire
à celui décrit dans
le premier mode de réalisation.
Selon l'invention, la température du fluide cryogénique circulant dans la
ligne d'alimentation
additionnelle 34 en aval de la deuxième passe 54, c'est-à-dire dans la
deuxième portion 40 de la
ligne d'alimentation additionnelle 34 de l'échangeur de chaleur 48 est
inférieure d'au moins 2 C à
la température du fluide cryogénique circulant dans la ligne d'alimentation
principale 18.
Avantageusement, la différence de température entre le fluide cryogénique
circulant dans la ligne
d'alimentation additionnelle 34 en aval de la deuxième passe 54 et le fluide
cryogénique circulant
dans la ligne d'alimentation additionnelle 34 en amont de la deuxième passe 54
est d'au moins
8 C.
Selon un autre mode de réalisation alternatif au mode de réalisation décrit ci-
dessus, la ligne
d'alimentation principale 18, la ligne d'alimentation additionnelle 34 et la
conduite 44
débouchent chacune indépendamment dans la cuve réservoir 2. La ligne
d'alimentation principale
18, la ligne d'alimentation additionnelle 34 et la conduite 44 comprennent
alors chacune une
pompe 24 installée au niveau de leurs entrées respectives forçant la
circulation du fluide
cryogénique 3 à travers chacune des lignes d'alimentation 18, 34 et la
conduite 44. De plus et
sans que cela sorte du cadre de l'invention, seules les lignes d'alimentation
principale 18 et
additionnelle 34 peuvent s'étendre depuis la cuve réservoir 2, la conduite 44
pouvant être
raccordée à la ligne d'alimentation additionnelle 34 comme décrit ci-dessus.
On va maintenant décrire un troisième mode de réalisation différent des
premier et deuxième
modes de réalisation dans le fait que l'unité de traitement et/ou de
consommation 26 est un engin
de consommation de gaz naturel à l'état gazeux, comme plus particulièrement
visible sur la figure
3.
En référence à la figure 3, l'unité de traitement et/ou de consommation 26 est
un engin de
consommation de gaz naturel à l'état gazeux, c'est-à-dire que l'engin de
consommation 26 utilise
le gaz naturel à l'état gazeux comme carburant.
Pour cela, le gaz naturel à l'état gazeux alimentant l'engin de consommation
26 provient du ciel
de cuve 16 des cuves réceptrice 4 et réservoir 2. La sortie de gaz 30 de la
ligne de retour 28
débouche ici au niveau de la conduite 44, entre le dispositif de compression
50 et l'engin de
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consommation 26. Le gaz naturel à l'état gazeux circulant dans la ligne de
retour 28 vers l'engin
de consommation 26 se mélange ainsi au gaz naturel à l'état gazeux comprimé
circulant dans la
conduite 44 en aval de l'organe de compression 50 et de la canalisation 56
vers l'engin de
consommation 26. Par ailleurs, ce dernier utilise ensuite le mélange de gaz
naturel à l'état gazeux
provenant de la conduite 44 comme carburant pour fonctionner.
De manière alternative et/ou complémentaire, le tube de retour 32 peut être
équipé d'un organe
de pompage 58 au niveau de son extrémité débouchant dans la cuve réservoir 2,
l'organe de
pompage 58 étant configuré pour forcer la circulation de gaz naturel à l'état
liquide dans le tube
de retour 32 vers l'engin de consommation 26. On comprend que l'engin de
consommation 26
peut être alimenté par du gaz naturel à l'état liquide provenant de la cuve
réservoir 2 par le tube
de retour 32 et/ou par du gaz naturel à l'état gazeux provenant de la conduite
44.
L'invention concerne également un procédé de chargement de la cuve réceptrice
4 par le système
de chargement 1, le procédé comprenant au moins une étape qui peut être
réalisée en
complément d'autres procédés de chargement de fluide cryogénique déjà existant
si les moyens
mis en oeuvre le permettent.
Durant ce procédé de chargement, on achemine le fluide cryogénique 3 à l'état
liquide à travers la
ligne d'alimentation principale 18 et à travers la ligne d'alimentation
additionnelle 34 depuis la
cuve réservoir 2 vers la cuve réceptrice 4. Autrement dit, la pompe 24
installée au niveau de
l'entrée de ligne 20 de la ligne d'alimentation principale 18 aspire le fluide
cryogénique 3 à l'état
liquide présent dans la cuve réservoir 2 et l'injecte dans la ligne
d'alimentation principale 18,
pouvant faire passer sa pression de 1 bar à 10 bars.
Le fluide cryogénique à l'état liquide circule ensuite avantageusement en
majeure partie dans la
ligne d'alimentation principale 18 directement vers la paroi de fond 10a de la
cuve réceptrice 4, le
débit de fluide cryogénique au sein de cette partie étant contrôlé par la
vanne de contrôle 42.
Cependant, une partie du fluide cryogénique à l'état liquide bifurque dans la
première portion 38
de la ligne d'alimentation additionnelle 34. Le fluide cryogénique à l'état
liquide circulant dans la
première portion 38 de la ligne d'alimentation additionnelle 34 se répartit de
nouveau de sorte
qu'une partie circule vers la deuxième passe 54 de l'échangeur de chaleur 48
et qu'une autre partie
se dirige par la conduite 44 vers l'organe de détente 46. Le fluide
cryogénique à l'état liquide
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circulant dans la conduite 44 est ensuite détendu en passant à travers
l'organe de détente 46, sa
pression passant par exemple à 0.5 bar, faisant passer le fluide cryogénique
d'un état liquide à un
état diphasique, comme expliqué plus tôt dans la description ci-dessus.
Le fluide cryogénique à l'état liquide circulant dans la première portion 38
de la ligne
d'alimentation additionnelle 34 vers la cuve réceptrice 4 passe à travers la
deuxième passe 54 de
l'échangeur de chaleur 48. Le fluide cryogénique à l'état diphasique circulant
quant à lui dans la
conduite 44 en aval de l'organe de détente 46 passe à travers la première
passe 52 de l'échangeur
de chaleur 48. Le fluide cryogénique à l'état liquide circulant dans la
deuxième passe 54 échange
des calories avec le fluide cryogénique à l'état diphasique circulant dans la
première passe 52. Plus
précisément, le fluide cryogénique à l'état liquide cède des calories au
profit du fluide cryogénique
à l'état diphasique. Lors de leur passage à travers leur passe respective, la
température du fluide
cryogénique à l'état liquide circulant dans la deuxième passe 54 de
l'échangeur de chaleur 48
s'abaisse tandis que la température du fluide cryogénique à l'état biphasique
circulant dans la
première passe 52 de l'échangeur de chaleur 48 augmente, le faisant passer
d'un état biphasique à
un état gazeux.
On refroidit le fluide cryogénique à l'état liquide circulant dans la ligne
d'alimentation
additionnelle 34 jusqu'à une température inférieure à celle du fluide
cryogénique à l'état liquide
circulant dans la ligne d'alimentation principale 18 grâce à la détente du
fluide cryogénique
provenant de la cuve réservoir 2 et circulant dans la conduite 44 à travers
l'organe de détente 46.
Le fluide cryogénique à l'état liquide refroidi circule ensuite vers la ligne
d'alimentation principale
18 en aval de la vanne de contrôle 42 puis, à travers la ligne d'alimentation
principale 18, jusqu'à
la paroi de fond 10a de la cuve réceptrice 4. Le fluide cryogénique à l'état
gazeux circule quant à
lui vers le dispositif de compression 50, ce dernier le compressant et
augmentant sa pression, la
faisant passer par exemple de 0.35 bar à une pression compatible avec le
fonctionnement de
l'unité de liquéfaction 26. Le fluide cryogénique à l'état gazeux compressé
circule ensuite à travers
la conduire 44 vers l'unité de traitement et/ou de consommation 26 en se
mélangeant au fluide
cryogénique à l'état gazeux provenant de la canalisation 56. Le fluide
cryogénique à l'état gazeux
est ensuite liquéfié dans l'unité de liquéfaction 26 puis retourne dans le
fond de la cuve réservoir 2
notamment à travers le tube de retour 32, ou consommé par l'engin de
consommation 26.
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L'invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations
décrits et illustrés ici. Elle
s'étend également à tout moyen ou configuration équivalents et à toute
combinaison technique
opérant de tels moyens. En particulier, les connexions entre la ligne
d'alimentation principale 18,
la ligne d'alimentation additionnelle 34 et la conduite 44 peuvent varier,
comme mentionné plus
tôt dans la description ci-dessus. De plus, les valeurs de pression indiquées
ci-dessus ne sont pas
strictement limitatifs et peuvent être sensiblement varier tant que cela
participe au bon
fonctionnement de l'invention.
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