Reliquefaction et/ou refrigeration

Reliquefaction et/ou refrigeration

Dans la majorite des cas, le controle de la temperature de la cargason se fait en reliquefiant les evaporations c’est a dire la vapeur du produit prelevee en heut des cuves.

Cependant, certains produits ne puvent pas etre reliquefies:

soit parce que il est dangereux de comprimer leur vapeur (par exemple les vapeurs de VCM si les compresseurs ne sont pas adaptes);

soit parce que le produit n’a pas assez de tension de vapeur (exemple: isoprene monomere generalement transporte sous couverture d’azote).

Si la temperature de tels produits doit etre controlee, il est possible de concevoir un systeme de refrigeration indirecte.

La refrigeration indirecte

Le procede consiste a faire circuler le liquide dans un echangeur maintenu a basse temperature par une machine frigorifique decrite plus loin (fonctionnant en general sur une boucle au propane).

Le liquide est circule par les pompes cargaison qui sont ainsi amenees a fonctionner a la mer (ce qui ne va pas sans inconvenients).

La reliquefaction des vapeurs du produit

Comme cele a ete dit dans la partie exploitation, le produit est soumis a des apports de chaleur pendant son transport: deperditions calorifiques au travers de l’isolation, apport d’energie mecanique liee aux mouvements du navire et du liqude dans les citernes, laquelle energie se degrade en chaleur dans le produit transporte.

Deux consequences sont alors possibles pour la plupart des gaz liquefies type GPL:

1 – le produit se rechauffe et la pression monte dans les citernes;

2 – le produit ne se rechauffe pas, car la chaleur entree dans le systeme de cargaison produit des evaporations (une ebullision de liquide) qui sont extraites du systeme de stockage puis reintroduites apres reliquefactin sous forme liquide.

La premiere consequence ne concerne que les navires du type pression pour lesquels le tarage des soupapes de surete des citernes est assez eleve pour faire face aux conditions de pression et temperature extremes. A noter que le remplissage de ces navires ne doit pas etre total au chargement si l’on depasse pas 98% du volume des citernes compte tenu de la dilatation du liquide.

La deuxieme consequence (evaporations du produit et donc stabilisation de sa temperature) implique que le navire soit equipe pour traiter les evaporations: c’est le role des installations de reliquefaction.

Reliquefaction directe monoetagee

Convient particulierement aux cas suivants:

Butane – semi refrigere ou a la pression atmospherique;

Butadiene - semi refrigere ou a la pression atmospherique;

VCM - semi refrigere ou a la pression atmospherique;

Propane – semi refrigere;

Propylene –semi refrigere;

Ammoniac – semi refrigere.

Le le schema de principe et cycles  correspondants sont representes sur les figures a1 et a2.

Figure a1 – Schema de principe d’un cycle de compression directe mono-etagee

Figure a2 – Cycle de compression directe mono-etagee represente sur un diagramme de Mollier

En pratique un navire peut etre equipe:

a) soit de 2 unites de reliquefaction comprenant chacune:

1 separateur liquide;

1 compresseur cargaison;

1 condenseur refroidi a l’eau de mer;

1 receveur liquide.

b) soit de 3 unites de reliquefaction comprenant chacune les memes equipements.

c) soit de deux unites de reliquefaction principales et d’une unite de secours.

- l’unite principale comprend generalament:

- 1 separateur liquide;

- 1 ou 2 compresseurs fonctionnant en parallele;

- 1 condenseur;

- 1 receveur liqude.

- l’unite de secours comprend generalement:

- 1 compresseur qui peut soit avoir ses propres accessoires (separateur liquide, condenseur, receveur liquide) soit etre facilement connecte aux accessories de l’une des unites principales.

Reliquefaction directe bi-etagee

Convient particulierement aux cas suivants:

- propane refrigere a la pression atmospherique;

- propylene refrigere a la pression atmospherique;

- ammoniac refrigere a la pression atmospherque.

C’est a dire, des que le taux de compression depasse 5 ou 6.

Le schema de principe et cycle correspondants sont representes sur les figures a3 et a4.

Figure a3 – Schema de principe d’un cycle direct a compression bi-etagee

Figure a4 – Cycle a compression directe bi-etagee represente sur un diagramme de Mollier

Les materiels utilises pour le cycle de refrigeration bi-etage sont les memes que pour le cycle mono-etage aux diferences suivantes pres:

les compresseurs sont du type bi-etage:

Plus exactement, ce sont des compresseurs qui peuvent fonctionner soit en mode mono-etage (tous cylindres disposes en parallele) soit en mode bi-etage (une partie des cylindres en serie avec l’autre).

Exemple: sur un compresseur a 8 cylindres identiques, 6 cylindres constituent l’etage BP et 2 cylindres l’etage HP. Sur n compresseur a 2 cylindres differents , le plus grand constitue l’etage BP et le plus petit l’etage HP.

Dans certain cas, une unite de reliquefaction bi-etagee peut comporter 3 compresseurs identiques:

Deux en parallele constituent l’etage BP.

Le troisieme en serie constitue l’etage HP.

Un reffrigerant MP refrigere

Le refrigeration MP este en general assuree par une circulation en serpentin ou une injection de liquide detendu dans les gas provenant du refoulement BP. Le refrigerant MP peut etre utilise pour sous refroidir le liquide condense avant sa detente.

Reliquefaction cascade/circuit freon

Le schema de principe est represente sur les figures a5.

Convient particulierment aux produits refrigeres a la presion atmospherique (propane, prpylene, ethylene, NH3).

Permet de realiser la condensation des vapeurs de cargaison a des temperatures inferieures a 0 ^oC dans l’evaporateur freon. De ce fait la pression de refoulement des compresseurs cargaison reste faible et leur rendement se trouve ameliore.

Figure a5 – Schema de principe d’un cycle cascade

Le rendement global de l’installation est relativement peu affecte par la temperature de l’eau de mer.

Les compresseurs de cargaison sont generalement du type piston sec, ils fonctionnent soit en simple etage, soit en double etage sans refrigeration intermediaire.

Les compresseurs freon sont mono-etages avec pistons lubrifies. Ils sont equipes d’un filtre a l’aspiration et d’un separateur d’huile au refoulement.

Les condenseurs cargaison (evaporateurs freon) sont proportionnellement moins volumineux que les condenseurs a eau de mer de meme capacite car l’ecart de temperature entre les fluides refrigerant et refrigere y est plus important.

Comme sur les condeseurs a eau de mer on peut, suivant les installations retrouver ou non le dispositif de purge des incondensables.