[0001] L'invention a trait à la distribution de gaz condensé à l'état liquide (par ex. du
gaz naturel liquéfié ou GNL) d'un réservoir stationnaire à un réservoir embarqué sur
un véhicule, typiquement un véhicule fonctionnant au gaz naturel.
[0002] Le gaz naturel, essentiellement composé de méthane (de formule chimique CH
4) est une ressource abondante. Employé comme carburant dans les moteurs à combustion
interne, le gaz naturel présente l'avantage d'être peu polluant par comparaison aux
hydrocarbures (essence, fioul) issus du raffinage du pétrole.
[0003] Ce double avantage lui vaut de tenir une place de choix parmi les sources alternatives
d'énergie destinées à la propulsion des véhicules, notamment des véhicules terrestres,
et plus particulièrement des véhicules lourds destinés par ex. au transport (camions),
à la manutention ou aux travaux (engins de chantier).
[0004] Comme pour la plupart des sources d'énergie combustible, les sites de consommation
du gaz naturel sont distants de ses sites de production. Le gaz naturel doit donc
être transporté.
[0005] Si le gaz naturel est pour partie transporté sous forme gazeuse au moyen de gazoducs
en début de chaîne, c'est-à-dire entre les sites de production et les usines de traitement,
où sont séparés du méthane les autres gaz (notamment le dioxyde de carbone), il est,
en milieu et en fin de chaîne, c'est-à-dire en aval des usines de traitement, transporté
sous forme liquéfiée. A cet effet, le gaz naturel est refroidi par cryogénie à une
température de -161°C, ce qui provoque sa condensation et la réduction de son volume
dans un rapport de 600 pour 1.
[0006] Aux fins de son utilisation comme carburant pour les véhicules de transport terrestre,
le GNL est acheminé au moyen de camions citernes jusqu'à des stations de distribution
où il est stocké dans des réservoirs.
[0007] Les conducteurs des véhicules fonctionnant au GNL peuvent alors régulièrement faire
le plein de leurs réservoirs à ces stations de distribution, qui tendent à se multiplier,
notamment en Europe sous l'oeil de la Commission européenne, qui a publié en novembre
2013 un rapport d'étape intitulé «
DG Move, Seventh Framework Programme, GC.SST.2012.2-3 GA No. 321592 » décrivant certaines technologies de stations de distribution de GNL. Si le schéma
de principe fourni (figure 2-1 du rapport d'étape) montre une station munie d'une
pompe pour la distribution forcée du GNL, le rapport évoque, sans les détailler, des
stations prétendument dépourvues de pompe, dont il est indiqué qu'elles
« doivent fonctionner à une pression de stockage plus élevée ».
[0008] Les stations équipées de pompes de distribution du GNL ont pour principal avantage
de forcer l'injection du GNL dans les réservoirs, sans qu'il soit nécessaire de les
dégazer, la vapeur de GNL présente dans le réservoir se recondensant sous forme liquide
à mesure que le réservoir se remplit et qu'y augmente ainsi la pression de vapeur
saturante.
[0009] Mais les stations de distribution à pompe souffrent d'inconvénients majeurs que la
Commission se garde de mentionner :
- la complexité technologique des pompes cryogéniques nécessaires à l'injection du GNL,
- la nécessité de les maintenir à une température de fonctionnement basse, à laquelle
les pièces mobiles adoptent un comportement moins prédictible qu'à température ambiante,
- ou, si les pompes sont maintenues à température ambiante entre les distributions,
la nécessité de les mettre en froid avant chaque distribution,
- et, par voie de conséquence, la maintenance fréquente à laquelle ces pompes sont soumises.
[0010] Les stations de distribution sans pompe remédient à ce défaut en recourant à une
distribution par gravimétrie (c'est-à-dire par équilibrage des pressions). Ainsi,
le brevet américain
US 9 181 077 (Linde Aktiengesellschaft) décrit une station de distribution de GNL sans pompe,
dans laquelle le GNL est stocké dans un réservoir (A) à une pression comprise entre
12 et 15 bars, pour alimenter des réservoirs embarqués de véhicules à une pression
comprise entre 3 et 10 bars.
[0011] Dans le brevet
US 9 181 077, la distribution s'effectue au moyen d'une buse (CO1) qui assure également le retour
des vapeurs, ou au moyen d'une paire de buses (CO1) et (CO2) dont l'une (CO1) assure
l'alimentation en GNL et l'autre (CO2) assure le retour des vapeurs. La station comprend
un condenseur (C) à azote liquide, ayant pour fonction de refroidir un débitmètre
(FE1) ainsi que les canalisations, et ce sans dégazage.
[0012] Avant de lancer la distribution, la vanne (V2) est maintenue fermée tandis que les
vannes (V1) et (V3) sont ouvertes. Le GNL ne s'écoule pas car tous les composants
sont à la même pression. La différence de pression est créée en injectant de l'azote
liquide du réservoir (B) au condenseur (C) par la ligne (4) en ouvrant la vanne (V4).
Il en résulte une condensation des vapeurs de GNL dans le condenseur et un écoulement
du GNL depuis le réservoir (4), ce qui induit un refroidissement des canalisations
et du débitmètre par écoulement dans la canalisation (1) et dans la vanne (V1).
[0013] La vapeur en excès dans le réservoir embarqué du camion peut être récupéré par dégazage.
La vanne (V1) est maintenue fermée tandis que la vanne (V3) est ouverte. La vapeur
est introduite dans le condenseur (C) et s'y condense, jusqu'à ce que la pression
dans le réservoir embarqué atteigne une pression convenable.
[0014] Dès lors, la vanne (V3) est fermée et la distribution du GNL est effectuée. La vanne
(V1) est ouverte et le GNL s'écoule au travers du débitmètre (FE1), et au travers
de la vanne (V2) via la canalisation (7). A la fin de la distribution, la vanne (V1)
est fermée.
[0015] Le brevet
US 9 181 077 est cependant muet sur les conditions permettant de décréter la fin de la distribution.
[0016] En pratique, le bon déroulement de la distribution repose sur le tour de main du
pompiste, qui joue savamment sur les vannes de distribution et de dégazage pour tantôt
dégazer en interrompant la distribution, et tantôt interrompre le dégazage pour injecter
à nouveau du GNL dans le réservoir, jusqu'à « sentir » que le réservoir est plein.
On comprend donc que le bon fonctionnement de la station de distribution repose sur
la disponibilité et la compétence d'une main d'oeuvre qualifiée.
[0017] Mais le besoin existe d'automatiser des stations de distribution de GNL sans pompe,
pour pouvoir équiper des territoires dans lesquels la main d'oeuvre qualifiée n'est
pas disponible ou dans lesquels l'exploitant ne souhaite pas y recourir.
[0018] A cet effet, il est proposé, en premier lieu, un procédé de distribution gravimétrique
de gaz condensé à l'état liquide d'un réservoir de stockage stationnaire surélevé
d'une station de distribution à un réservoir mobile embarqué sur un véhicule, la station
comprenant un circuit de distribution raccordé au réservoir stationnaire et muni d'une
vanne de distribution et d'un pistolet de distribution pour le branchement au réservoir
embarqué, ainsi qu'un circuit de dégazage muni d'une vanne de dégazage et d'un connecteur
de dégazage pour le branchement au réservoir embarqué, ce procédé comprenant le branchement
du circuit de distribution et du circuit de dégazage sur le réservoir embarqué, ce
procédé comprenant en outre :
- la mesure, sur le circuit de dégazage, de la pression, dite pression de vapeur, entre
la vanne de dégazage et le raccord de dégazage, et la transmission de la pression
mesurée à un automate équipant la station et commandant l'ouverture et la fermeture
des vannes ;
- un cycle de distribution, commandé par l'automate, qui comprend, tant qu'aucun pic
de pression n'est détecté dans la pression de vapeur, la répétition des phases suivantes
:
∘ si la pression de vapeur est inférieure à un seuil prédéterminé, distribution par
ouverture de la vanne de remplissage et fermeture de la vanne de dégazage ;
∘ si la pression de vapeur atteint le seuil, dégazage par fermeture de la vanne de
remplissage et ouverture de la vanne de dégazage ;
- dès lors qu'est détecté un pic de pression dans la pression de vapeur, l'interruption
du cycle de distribution par fermeture des vannes et la génération d'un signal de
fin de distribution.
[0019] Ce procédé permet de distribuer efficacement, de manière automatisée et sans pompe,
le gaz condensé à l'état liquide du réservoir stationnaire au réservoir embarqué.
[0020] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison
:
- l'interruption du cycle de distribution peut dépendre d'une condition supplémentaire,
à savoir la détection d'une chute de la température de vapeur dans le réservoir embarqué,
par ex. sous un seuil de température prédéterminé, typiquement, dans le cas du GNL,
de -150°C ;
- l'interruption du cycle de distribution peut en outre être conditionnée par la détection
d'une chute du débit dans le circuit de distribution ;
- la phase de dégazage peut comprendre l'injection de la vapeur issue du réservoir embarqué
dans un réservoir de boil-off ;
- il peut être prévu la recondensation du gaz stocké dans le réservoir de boil-off au
moyen d'un compresseur et la réinjection du gaz recondensé dans le réservoir stationnaire
;
- il peut être prévu un conditionnement thermique du gaz condensé à l'état liquide par
circulation de celui-ci dans un vaporisateur relié au circuit de distribution ;
- il peut être prévu, après l'interruption du cycle de distribution, une vidange du
circuit de distribution dans le circuit de dégazage et une vidange du circuit de dégazage
à l'air.
[0021] Il est proposé, en second lieu, une station de distribution gravimétrique de gaz
condensé à l'état liquide, qui comprend :
- un réservoir de stockage stationnaire surélevé,
- un circuit de distribution raccordé au réservoir stationnaire et muni d'une vanne
de distribution et d'un pistolet de distribution pour le branchement à un réservoir
embarqué,
- un circuit de dégazage muni d'une vanne de dégazage et d'un connecteur de dégazage
pour le branchement au réservoir embarqué,
- un capteur de pression monté sur le circuit de dégazage entre la vanne de dégazage
et le raccord de dégazage ;
- un automate programmable relié à la vanne de distribution, à la vanne de dégazage
et au capteur de pression, et comprenant des instructions pour :
- commander un cycle de distribution tant qu'aucun pic de pression n'est détecté dans
la pression de vapeur, ce cycle de distribution comprenant la répétition des phases
suivantes :
∘ si la pression de vapeur est inférieure à un seuil prédéterminé, distribution par
ouverture de la vanne de remplissage et fermeture de la vanne de dégazage ;
∘ si la pression de vapeur atteint le seuil, dégazage par fermeture de la vanne de
remplissage et ouverture de la vanne de dégazage ;
- dès lors qu'est détecté un pic de pression dans la pression de vapeur, commander l'interruption
du cycle de distribution par fermeture des vannes et générer un signal de fin de distribution.
[0022] Cette station peut comprendre, en outre, un capteur de température monté sur le circuit
de dégazage entre la vanne de dégazage et le connecteur de dégazage, l'automate étant
programmé pour interrompre le cycle de distribution si une chute de la température
de vapeur est détectée au niveau du capteur de température.
[0023] D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description
d'un mode de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels
:
- la FIG.1 est une vue en perspective montrant une station de distribution de GNL ;
- la FIG.2 est une vue en perspective, en arraché partiel, montrant un réservoir embarqué en
cours de remplissage ;
- la FIG.3 est un schéma hydraulique simplifié de la station de distribution ;
- la FIG.4 est un diagramme comprenant, dans la partie supérieure, un graphe de l'évolution
des pressions, et de la masse du réservoir stationnaire au cours du temps pendant
un cycle de distribution et, dans la partie inférieure, un chronogramme synchronisé
au graphe et illustrant l'état des vannes principales de distribution et de dégazage.
[0024] Sur la
FIG.1 est représentée une station
1 de distribution gravimétrique d'un gaz condensé à l'état liquide. Le gaz condensé
à l'état liquide pourrait être de l'air liquide, de l'azote liquide ou tout autre
gaz qu'il est avantageux de stocker sous forme condensée à l'état liquide. Dans l'exemple
illustré et dans la description qui suit, il s'agit de gaz naturel liquéfié (GNL).
Dans ce qui suit, on n'utilise la dénomination GNL que pour désigner la phase condensée
à l'état liquide. La phase gazeuse du gaz naturel est désignée sous l'acronyme GN.
[0025] Comme on le voit sur la
FIG.1, la station
1 est prévue pour assurer une distribution du GNL à un (ou plusieurs) véhicule(s)
2 équipé(s) d'un moteur à combustion fonctionnant au GNL.
[0026] Bien que, dans l'exemple illustré, un seul véhicule
2 (en l'occurrence un poids lourd) soit représenté, la station
1 peut être conçue pour assurer une distribution simultanée à plusieurs véhicules.
[0027] Le véhicule
2 est équipé d'un réservoir
3 embarqué (et donc mobile) propre à stocker le GNL qui lui est distribué. Bien que
cela n'apparaisse pas sur les dessins, on comprend que le véhicule
2 est en outre équipé d'un circuit d'injection assurant la distribution du GNL depuis
le (ou chaque) réservoir
3 vers le moteur.
[0028] Le (ou chaque) réservoir
3 est équipé d'un raccord
4 fluidique par lequel le GNL est destiné à être injecté lors de la distribution, et
d'un raccord 5 pneumatique par lequel les vapeurs de GN présentes dans le réservoir
sont destinées à être évacuées au coup par coup par dégazage lors de la distribution
(et, le cas échéant, auparavant).
[0029] Le terme « gravimétrique » signifie que l'écoulement des fluides en phase liquide
se fait par différence de pression (dans laquelle intervient la différence d'altitude),
sans être forcé au moyen d'une pompe. En d'autres termes, la station
1 est dépourvue de pompe pour la distribution du GNL.
[0030] La station
1 comprend un réservoir
6 stationnaire surélevé, c'est-à-dire placé au-dessus du sol, à une distance de celui-ci
suffisante pour être toujours situé à une altitude supérieure à celle du réservoir
3 du véhicule
2, quel que soit le modèle de celui-ci. La plupart des poids lourds ayant leur réservoir
3 proche du sol, le réservoir
6 stationnaire peut sans risque être installé à une hauteur (mesurée à sa base) supérieure
ou égale à 1,50 m.
[0031] Selon un mode de réalisation illustré sur la
FIG.1, la station
1 comprend une ossature
7 sur laquelle est monté le réservoir
6 stationnaire. Cette ossature
7 peut être de type mécanosoudé. L'ossature
7 forme, sous le réservoir
6, un abri dans lequel peuvent être rassemblés certains équipements (notamment fluidiques)
de la station
1.
[0032] Comme on le voit également sur la
FIG.1, la station
1 comprend une borne
8 pourvue d'une interface
9 homme-machine. L'interface
9 comprend un écran
10 d'affichage, qui peut être tactile. L'interface
9 peut également comprendre un lecteur
11 de carte, associé à un clavier
12. Dans l'exemple illustré, le clavier
12 se présente sous forme d'un module mécanique séparé, mais il pourrait être tactile
et intégré à l'écran
10.
[0033] La station
1 comprend par ailleurs :
- un circuit 13 fluidique de distribution du GNL, incluant des canalisations tracées en trait plein
sur la FIG.3,
- un circuit 14 de remplissage du réservoir 6 stationnaire, incluant une canalisation également tracée en trait plein sur la FIG.3,
- un circuit 15 de dégazage, incluant des canalisations tracées en pointillés sur la FIG.3, et
- un automate 16 programmable (c'est-à-dire une unité de contrôle informatisée), incluant un processeur
17 dans lequel est implémenté un programme de commande du circuit 13 fluidique de distribution et du circuit 15 de dégazage et permettant de procéder de manière automatique à la distribution du
GNL à la demande.
[0034] Selon un mode de réalisation illustré sur la
FIG.3, le circuit
13 de distribution comprend :
- un conduit 18 principal de distribution qui s'étend du réservoir 6 stationnaire à un pistolet 19 de distribution du GNL muni de moyens de connexion rapide au raccord 4 fluidique du réservoir 3 embarqué ;
- un vaporisateur 20 raccordé au conduit 18 principal par un conduit 21 aller et un conduit 22 retour ;
- un conduit 23 de réinjection qui relie le conduit 22 retour au conduit 14 de remplissage ;
- un débitmètre FM monté sur le conduit 18 principal en amont du pistolet 19 de distribution ;
- une vanne X3 d'isolation, située sur le conduit 18 principal entre le réservoir 6 et l'embranchement du conduit 14 de remplissage ;
- un robinet V20 de sécurité situé sur le conduit 18 principal en aval de l'embranchement du conduit 14 de remplissage ;
- une vanne V35 principale de distribution du GNL, située sur le conduit 18 principal en aval du robinet V20 de sécurité ;
- une vanne V100 de dérivation située sur le conduit 21 aller du vaporisateur 20 ;
- une première vanne V101 de blocage située sur le conduit 18 principal entre les embranchements du conduit 21 aller et du conduit 22 retour du vaporisateur 20 ;
- une vanne V102 de réinjection située sur le conduit 23 de réinjection ;
- une deuxième vanne V103 de blocage située sur le conduit 18 principal en aval de l'embranchement du conduit 22 retour du vaporisateur 20;
- une vanne X21 d'arrêt, située à l'extrémité du conduit 18 principal de distribution entre le débitmètre FM et le pistolet 19 de distribution.
[0035] La portion du conduit
18 principal de distribution qui s'étend de la vanne
X21 d'arrêt au pistolet
19 de distribution se présente avantageusement sous forme d'un conduit flexible, comme
illustré sur la
FIG.1 et sur la
FIG.2.
[0036] Les vannes
X3, V35, V100, V101, V102, V103 et
X21 sont reliées à l'automate
16 qui en commande l'ouverture ou la fermeture selon le déroulement de son programme.
[0037] Les vannes
X3, V35, V100, V101, V102, V103 et
X21, par lesquelles transite le GNL à une température au moins égale à -161°C, sont des
électrovannes cryogéniques, aptes à fonctionner à cette température.
[0038] Le robinet
V20 de sécurité est, quant à lui, à commande manuelle.
[0039] Comme illustré sur la
FIG.3, le circuit
18 de distribution peut comprendre divers capteurs, notamment :
- un capteur TT1 de température monté sur le conduit 18 principal entre l'embranchement du conduit 14 de remplissage et le robinet V20 de sécurité ;
- un capteur PT3 de pression monté sur le conduit 18 principal entre le robinet V20 d'arrêt et la vanne V35 principale de distribution ;
- un capteur PT100 de pression monté entre la vanne V35 principale de distribution et l'embranchement du conduit 21 aller du vaporisateur 20 ;
- un capteur TT100 de température monté sur le conduit 21 aller du vaporisateur 20 en amont de la vanne V100 de dérivation ;
- un capteur TT200 de température situé sur le conduit 18 principal de distribution en aval de la deuxième vanne V103 de blocage ;
- un capteur PT200 de pression situé sur le conduit 18 principal de distribution en aval de la deuxième vanne V103 de blocage.
[0040] Les capteurs
TT100, TT200, PT100 et
PT200 sont reliés à l'automate
16 qui en reçoit les mesures (de température ou, respectivement, de pression) en temps
réel ou à toute période prédéfinie compatible avec les performances (en particulier
la cadence d'horloge) de ces capteurs.
[0041] Le circuit
14 de remplissage comprend un conduit de remplissage qui s'étend d'une borne
A3 de connexion à un embranchement sur le conduit principal entre la vanne
X3 d'isolation et la vanne
V20 de sécurité, et un robinet
V1 de remplissage à commande manuelle, monté sur ce conduit de remplissage.
[0042] Selon un mode de réalisation également illustré sur la
FIG.3, le circuit
16 de dégazage comprend :
- un conduit 24 principal de dégazage, qui s'étend depuis un connecteur 25 rapide de dégazage pour le branchement du conduit 24 principal sur le raccord 5 pneumatique du réservoir 3 embarqué, jusqu'à un compresseur 26 ;
- un réservoir BO d'évaporation tampon (également dénommé réservoir de boil-off) monté sur le conduit
24 principal de dégazage en amont du compresseur 26 ;
- un conduit 27 de dérivation court-circuitant le réservoir BO de boil-off ;
- un conduit 28 de mise à l'air branché sur le conduit 24 principal de dégazage en amont du réservoir BO de boil-off ;
- une vanne X6 de dégazage située sur le conduit 24 principal de dégazage en aval et au voisinage du connecteur 25 ;
- une vanne X15 de mise à l'air située sur le conduit 28 de mise à l'air ;
- un compteur GM de gaz situé sur le conduit 24 principal de dégazage en amont du réservoir BO de boil-off et de l'embranchement du conduit 28 de mise à l'air ;
- une vanne B301 d'alimentation du réservoir de BO boil-off, située sur le conduit 24 principal de dégazage en amont du réservoir BO de boil-off et en aval de l'embranchement du conduit 28 de mise à l'air ;
- une vanne B300 de dérivation située sur le conduit 27 de dérivation.
[0043] Comme illustré sur la
FIG.3, le circuit
16 de dégazage comprend un capteur
PT2 de pression et un capteur
TT5A de température, montés sur le conduit
24 principal de dégazage entre la vanne
X6 de dégazage et le connecteur
25.
[0044] La portion du conduit
24 principal de dégazage qui s'étend de la vanne
X6 de dégazage au connecteur
25 se présente avantageusement sous forme d'un conduit flexible, comme illustré sur
la
FIG.2.
[0045] Les vannes
X6, X15, B300 et
B301 sont reliées à l'automate
16 qui en commande l'ouverture ou la fermeture selon le déroulement de son programme.
De même, le compresseur
26 est relié à l'automate
16 qui en commande la mise en route ou l'arrêt selon le déroulement de son programme.
[0046] Dans le circuit
16 de dégazage, le GN est à l'état comprimé (mais non condensé) ; sa température est
variable selon sa pression mais elle demeure supérieure à -161°C. Les vannes
X6, X15, B300 et
B301, par lesquelles transite le GN à l'état comprimé, sont également des vannes cryogéniques.
On peut choisir le modèle de chaque vanne en fonction de la température du gaz au
lieu où est située la vanne ; par sécurité, on peut aussi choisir pour le circuit
16 de dégazage des vannes aptes à fonctionner jusqu'à la température du GNL (soit -161°C).
Comme nous le verrons ci-après, la vanne
X6, en particulier, la plus proche du réservoir
3 embarqué à remplir, doit pouvoir fonctionner à cette température.
[0047] Les capteurs
TT5A et
PT2 sont reliés à l'automate
16 qui en reçoit les mesures (de température ou, respectivement, de pression) en temps
réel ou à toute période prédéfinie compatible avec les performances (en particulier
la cadence d'horloge) de ces capteurs.
[0048] Comme illustré sur la
FIG.3, la station
1 comprend également un circuit
29 de recirculation, qui relie le circuit
13 de distribution, en aval du débitmètre
FM et en amont de la vanne
X21 de distribution finale, au circuit
16 de dégazage en aval de la vanne
X6 de dégazage. Ce circuit
29 de recirculation comprend une vanne
X20 de recirculation, reliée à l'automate
16 qui en commande l'ouverture ou la fermeture selon le déroulement de son programme.
[0049] La station
1 comprend en outre un conduit
30 de réinjection, qui s'étend du compresseur
26 au réservoir
6 stationnaire.
[0050] La station
1 comprend enfin un circuit
31 de pressurisation, qui relie la partie basse du réservoir
6 (où est en communication, par une section
31A amont, avec le GNL) à sa partie haute (où il est en communication, par une section
31 B aval, avec la vapeur). Sur ce circuit
31 de pressurisation est montée, entre la section
31A amont et la section
31B aval, une vanne
V50 de pressurisation reliée à l'automate
16 qui en commande l'ouverture et la fermeture.
[0051] Comme illustré sur la
FIG.3, le circuit
31 de pressurisation est équipé d'un capteur
PT1 de pression, monté sur la section
31B aval, entre la vanne
V50 et le branchement du circuit
31 sur la partie haute du réservoir
6. Le capteur
PT1 de pression est relié à l'automate qui en recueille les mesures.
[0052] L'automate
16 peut être délocalisé, c'est-à-dire installé sur un site distant, mais il peut également
être installé in situ, en étant par ex. monté dans la borne
8, comme illustré sur la
FIG.3.
[0053] Le réservoir
6 stationnaire doit régulièrement être rempli. Ce remplissage est avantageusement effectué
au moyen d'un camion-citerne équipé d'un réservoir de GNL de grande capacité et d'une
pompe cryogénique embarquée.
[0054] Avant que le camion-citerne ne soit raccordé à la borne
A3 de connexion, les robinets
V1 et
V20 et la vanne
V102 sont fermés.
[0055] Dès lors que le camion-citerne est raccordé à la borne
A3 de connexion, le robinet
V1 et la vanne
X3 sont ouverts, tandis que le robinet
V20 et la vanne
V102 demeurent fermés.
[0056] Le GNL du camion-citerne est injecté, au moyen de la pompe équipant celui-ci, dans
le réservoir 6 stationnaire. La vapeur (en grisé sur la
FIG.3) surmontant le GNL (en pointillés sur la
FIG.3) peut être dégazée avant ou pendant le remplissage du réservoir
6 au moyen d'un circuit de dégazage (non représenté).
[0057] Le réservoir
6 stationnaire peut être décrété rempli lorsque la pression de vapeur, mesurée par
le capteur
PT1, y atteint une pression
Pt de travail prédéterminée. Selon un mode préféré de réalisation, la pression
Pt de travail est de 13 bars. On peut également équiper la station
1 d'un système de pesée du réservoir
6, qui mesure la masse cumulée de celui-ci et de son contenu, et qui, par simple soustraction,
en déduit la masse du contenu. Dans ce cas, le réservoir
6 stationnaire peut être décrété rempli lorsque sa masse atteint un seuil prédéterminé.
[0058] Une fois le remplissage du réservoir
6 stationnaire achevé, la vanne
V1 est fermée, puis la vanne
V20 ouverte, et le camion-citerne est débranché de la borne
A3 de connexion.
[0059] L'automate
16 est avantageusement programmé pour maintenir dans le réservoir
6 stationnaire une pression de vapeur égale (ou supérieure) à la pression
Pt de travail. A cet effet, la pression de vapeur dans le réservoir
6 est mesurée systématiquement (par ex. en temps réel ou à intervalles fixes) au moyen
du capteur
PT1, prise en compte par l'automate
16, et comparée à la valeur de la pression
Pt de travail mémorisée. Tant que la pression de vapeur dans le réservoir
6 est égale ou supérieure à la pression
Pt de travail, la vanne
V50 de pressurisation est maintenue fermée. En revanche, dès lors que la pression de
vapeur dans le réservoir
6 stationnaire devient inférieure à la pression
Pt de travail, la vanne
V50 de pressurisation est ouverte et le GNL circule dans le circuit
31 de pressurisation. En se réchauffant, le GNL se vaporise et augmente ainsi la pression
de vapeur du GN présent dans le réservoir
6.
[0060] On décrit à présent le processus de distribution du GNL pour faire le plein du réservoir
3 embarqué d'un véhicule
2.
[0061] Si cette distribution ne suit pas immédiatement une distribution précédente, il est
nécessaire, avant de débuter la distribution, de procéder à une mise en froid du circuit
13 de distribution.
[0062] A cet effet, les vannes suivantes sont placées, sur commande de l'automate
16, dans les états respectifs suivants (O signifiant ouvert et F signifiant fermé) :
Vanne |
Etat |
X3 |
O |
V35 |
O |
V50 |
F |
V100 |
F |
V101 |
O |
V102 |
F |
V103 |
O |
X20 |
O |
X21 |
F |
X6 |
F |
X15 |
F |
B300 |
F |
B301 |
O |
[0063] Le compresseur
26 est à l'arrêt.
[0064] L'ouverture de la vanne
X20, qui met le circuit
13 de distribution en communication avec le circuit
16 de dégazage, lui-même en communication avec le réservoir
BO de boil-off (à faible pression) via la vanne
B301, provoque une chute de pression dans le circuit
13 de distribution. La différence de pression entre celui-ci et le réservoir
6 stationnaire provoque l'écoulement du GNL du réservoir
6 stationnaire vers le circuit
13 de distribution puis vers le circuit
16 de dégazage. L'automate
16 peut vérifier via le débitmètre
FM que le GNL s'écoule effectivement dans le circuit
13 de distribution. Le GN du réservoir
BO de boil-off est recomprimé à l'aide du compresseur
26 et réinjecté dans le réservoir
6 stationnaire.
[0065] Les états précités sont maintenus tant que la température mesurée par le capteur
TT200 et la pression mesurée par le capteur
PT200 (transmises à l'automate
16 et vérifiées par celui-ci) n'ont pas atteint des valeurs proches de celles du GNL
présent dans le réservoir
6 stationnaire (à savoir, dans l'exemple précité, des valeurs proches de - 161°C et
13 bars). Dès que ces valeurs sont atteintes, les vannes
X15, X20 et
B301 sont fermées sur commande de l'automate
16, qui peut dès lors vérifier via le débitmètre
FM que le GNL cesse effectivement de s'écouler dans le circuit
13 de distribution.
[0066] Tant qu'aucune distribution n'est initiée, le pistolet
19 de distribution et le connecteur
25 de dégazage demeurent accrochés à des emplacements
32, 33 respectifs sur la borne
8 de la station
1.
[0067] Pour autoriser la distribution, le pistolet
19 de distribution et le connecteur
25 de dégazage sont d'abord branchés respectivement sur le raccord
4 fluidique et sur le raccord
5 pneumatique du réservoir 6 embarqué. Comme illustré sur la
FIG.1, ces branchements peuvent être réalisés manuellement par un opérateur
34 non qualifié, par ex. par le chauffeur du véhicule
2 (sur la
FIG.1, on a illustré le chauffeur
34 du véhicule
2 s'apprêtant à brancher le pistolet
19 de distribution au raccord
4 fluidique).
[0068] La distribution peut être conditionnée par une authentification préalable et, le
cas échéant, un paiement correspondant à la quantité de GNL distribuée.
[0069] L'authentification est avantageusement réalisée sur l'interface
9 homme-machine de la borne
8. Selon un mode particulier de réalisation, l'authentification est réalisée au moyen
d'une carte à puce introduite dans le lecteur
11, associée à un identifiant que l'utilisateur (en l'occurrence le chauffeur
34 du véhicule) saisit au clavier
12 ou à l'écran
10 si celui-ci est tactile.
[0070] L'automate
16 est connecté à un serveur d'authentification (qui peut être distant), dans lequel
est mémorisé un profil utilisateur associé à la carte et à son identifiant et qui,
interrogé par l'automate
16, autorise (ou non) la distribution après vérification de la conformité de l'identifiant.
La distribution peut générer une facturation. La facture peut être adressée par voie
électronique au titulaire du profil utilisateur, ou imprimée directement par la borne
8 à l'attention du chauffeur
34, qui peut ensuite la passer en comptabilité.
[0071] Une fois effectués les branchements, et autorisée la distribution, l'automate
16 initie un cycle de distribution, qui comprend plusieurs phases successives de distribution
séparées par des phases intermédiaires de dégazage.
[0072] L'état initial des vannes, préalable au cycle de distribution, est le suivant :
Vanne |
Etat |
X3 |
O |
V35 |
O |
V100 |
F |
V101 |
O |
V102 |
F |
V103 |
O |
X20 |
F |
X21 |
F |
X6 |
F |
X15 |
F |
B300 |
F |
B301 |
F |
[0073] Pour initier le cycle de distribution, l'automate
16 commande tout d'abord (instant t
0) l'ouverture de la vanne
X6 de dégazage pour faire diminuer la pression de vapeur dans le réservoir
3 embarqué et ainsi faciliter l'écoulement du GNL du réservoir
6 stationnaire au réservoir
3 embarqué, et l'ouverture de la vanne
X21 d'arrêt pour mettre en communication le réservoir
3 embarqué et le circuit
13 de distribution, ce qui fait momentanément chuter la pression dans celui-ci.
[0074] En même temps que (ou après) l'ouverture de la vanne
X6 de dégazage, l'automate
16 commande l'ouverture de la vanne
B301 de remplissage du réservoir
BO de boil-off. Le GN comprimé qui s'échappe du réservoir
3 embarqué est injecté dans le réservoir
BO de boil-off où il est temporairement stocké.
[0075] Lorsque la pression de vapeur dans le réservoir embarqué, notée P
V, mesurée par le capteur
PT2, est inférieure à un seuil
P1 bas prédéterminé (condition vérifiée par l'automate
16, qui reçoit du capteur
PT2 la mesure de la pression P
V de vapeur et est programmé pour comparer cette mesure au seuil
P1 bas préalablement mémorisé), l'automate
16 commande, à un instant t
1, la fermeture de la vanne
X6 de dégazage et l'ouverture de la vanne
V35 principale de distribution du GNL, l'état des autres vannes étant inchangé. Le seuil
P1 bas est par ex. de 2 bars environ.
[0076] Avec la fermeture de la vanne
X6 de dégazage et l'ouverture de la vanne
V35 principale de distribution du GNL débute une première phase de remplissage.
[0077] Compte tenu de la différence de pression entre le réservoir
6 stationnaire et le réservoir
3 embarqué (lui-même à iso-pression avec le circuit de distribution en aval de la vanne
V35 principale de distribution), le GNL s'écoule du réservoir
6 stationnaire au réservoir
3 embarqué via le circuit
13 de distribution, où la pression du GNL, mesurée par le capteur
PT200 et notée P
L, subit une brusque augmentation.
[0078] La vanne
X6 demeure fermée pendant la distribution du GNL au réservoir
3 embarqué, mais la pression P
V de vapeur est y mesurée en temps réel par le capteur
PT2 et transmise à l'automate
16.
[0079] Tant que la pression P
V de vapeur mesurée est inférieure à un seuil
P2 haut prédéterminé (condition vérifiée par l'automate
16 qui reçoit du capteur
PT2 la mesure de la pression P
V de vapeur et est programmé pour comparer cette pression P
V au seuil
P2 bas préalablement mémorisé), la vanne
X6 de dégazage demeure fermée et la vanne
V35 de distribution principale demeure ouverte. Le seuil
P2 haut est par ex. de 11 bars environ.
[0080] On voit sur le graphe de la
FIG.4 que la masse (notée
M) de GNL dans le réservoir
6 stationnaire diminue pendant la distribution, de la quantité injectée dans le réservoir
3 embarqué.
[0081] On voit également sur la
FIG.4 qu'après quelques instants la pression Pv de vapeur subit une augmentation (en raison
de l'augmentation du niveau de GNL dans le réservoir
3 embarqué).
[0082] On voit enfin que, pendant la phase de distribution, la courbe de la pression P
v de vapeur subit une première augmentation assez brutale (d'environ 1,5 bar/s), jusqu'à
une pression
Pi intermédiaire (d'environ 9 bars en pratique), puis une augmentation plus douce (d'environ
0,2 à 0,5 bar/s) à partir de cette pression
Pi intermédiaire.
[0083] Maintenir ouverte la vanne
V35 principale de distribution aboutirait à un équilibre prématuré des pressions entre
le réservoir
6 stationnaire et le réservoir
3 embarqué, avant que celui-ci ne soit plein, en raison d'une pression de vapeur saturante
trop élevée.
[0084] Aussi, lorsque la pression P
V de vapeur atteint le seuil
P2 haut, l'automate
16 commande, à un instant
t2 :
- l'interruption de la phase de distribution par fermeture de la vanne V35 principale de distribution, et
- l'initiation d'une phase intermédiaire de dégazage par ouverture de la vanne X6 de dégazage pour diminuer la pression Pv de vapeur dans le réservoir 3 embarqué.
[0085] Selon un premier mode de réalisation, pour réaliser la phase de dégazage, l'automate
16 commande l'ouverture de la vanne
X15 de mise à l'air et la fermeture de la vanne
B300 de dérivation et de la vanne
B301 d'alimentation du réservoir
BO de boil-off. La vapeur (en grisé) de GN présente dans le réservoir
3 embarqué s'échappe alors à l'air libre jusqu'à retomber à une pression (mesurée par
le capteur
PT2 et prise en compte par l'automate
16) égale ou inférieure au seuil
P1 bas, ce qui déclenche la fermeture par l'automate
16 de la vanne
X6 de dégazage.
[0086] Cette technique de dégazage est efficace mais a pour inconvénient de rejeter du gaz
naturel dans l'atmosphère.
[0087] C'est pourquoi, selon un deuxième mode (préféré) de réalisation, pour réaliser la
phase de dégazage, l'automate
16 commande le maintien de la vanne
X15 de mise à l'air à l'état fermé, le maintien de la vanne
B300 de dérivation à l'état fermé, et l'ouverture de la vanne
B301 d'alimentation du réservoir
BO de boil-off.
[0088] Le compresseur
26 est mis en route pour comprimer le gaz présent dans le réservoir
BO de boil-off et le réinjecter, via le conduit
30 de réinjection, dans le réservoir
6 stationnaire.
[0089] En variante, typiquement en cas de saturation du réservoir de
BO boil-off, pour réaliser la phase de dégazage, l'automate
16 commande la fermeture de la vanne
B301 d'alimentation et l'ouverture de la vanne
B300 de dérivation pour contourner le réservoir
BO de boil-off et alimenter directement le compresseur
26 en gaz issu du dégazage du réservoir
3 embarqué.
[0090] La quantité de gaz évacuée du réservoir
3 embarqué peut être contrôlée par l'automate
16 via le compteur
GM de gaz.
[0091] On note sur la
FIG.4 une diminution de la pression P
L de GNL pendant la phase de dégazage, en raison de la diminution concomitante de la
pression P
V de vapeur.
[0092] On voit par ailleurs sur la
FIG.4 que, pendant la phase de dégazage, la masse
M de GNL dans le réservoir
6 stationnaire demeure constante.
[0093] Dès que la pression P
V de vapeur dans le réservoir
3 embarqué retombe à une valeur égale ou inférieure au seuil
P1 bas, l'automate
16 commande la fermeture de la vanne
X6 de dégazage à un instant
t3, ce qui interrompt la phase intermédiaire de dégazage.
[0094] Les phases de remplissage et de dégazage sont répétées tant qu'aucun pic de pression
n'est détecté dans la pression P
V de vapeur.
[0095] Dans l'exemple illustré sur la
FIG.4, une seconde phase de remplissage est initiée après la première phase de dégazage.
Ainsi, l'instant
t3 marque à la fois l'interruption de la première phase de dégazage et l'initiation
d'une seconde phase de remplissage, interrompue dans les mêmes conditions (décrites
ci-dessus) que la première phase de remplissage, à un instant
t4.
[0096] Pendant la seconde phase de remplissage, la masse
M de GNL dans le réservoir
6 stationnaire diminue à nouveau de la quantité injectée dans le réservoir
3 embarqué.
[0097] Dans l'exemple illustré sur la
FIG.4, dès lors que la pression Pv de vapeur atteint le seuil
P2 haut à l'instant
t4, la seconde phase de remplissage est interrompue, et une seconde phase de dégazage
est initiée par l'automate
16 qui commande la fermeture de la vanne
V35 principale de distribution et l'ouverture de la vanne
X6 de dégazage.
[0098] Cette seconde phase de dégazage se déroule de la même manière que la première : la
pression P
V de vapeur chute dès l'ouverture de la vanne
X6 de dégazage. Il en va de même de la pression P
L. La fermeture de la vanne
V35 principale de distribution et l'ouverture de la vanne
X6 de dégazage sont maintenues tant que la pression P
V de vapeur est supérieure au seuil
P1 bas.
[0099] Dès lors que la pression P
V de vapeur atteint le seuil bas, à un instant
t5, l'automate
16 interrompt la phase de dégazage et initie une nouvelle phase de remplissage en commandant
la fermeture de la vanne
X6 de dégazage et l'ouverture de la vanne
V35 principale de distribution.
[0100] Le cycle de remplissage se poursuit tant qu'aucun pic de pression n'est détecté dans
la pression P
V de vapeur.
[0101] Dans l'exemple illustré, qui ne saurait être considéré comme limitatif, la pression
P
V de vapeur subit un pic lors de la troisième phase de remplissage.
[0102] Un pic de pression dans la pression P
V de vapeur se définit au moins par une augmentation de la pression P
v à une vitesse (mesurée par la dérivée de la courbe de pression) supérieure ou égale
à une vitesse prédéterminée mémorisée par l'automate. Selon un mode particulier de
réalisation, cette vitesse est de 1,75 bars/s.
[0103] Une condition supplémentaire peut être la valeur atteinte par la pression P
V de vapeur au pic de pression. Selon un mode particulier de réalisation, la pression
P
V de vapeur atteint, voire dépasse, 12 bars.
[0104] La détection de ce pic de pression, à un instant
t6, constitue un critère primaire de fin de distribution. Dès lors que ce critère primaire
est satisfait, c'est-à-dire dès qu'est détecté le pic de pression, le réservoir
3 embarqué est décrété rempli.
[0105] L'automate
16 applique alors la procédure suivante.
[0106] Premièrement, il interrompt la phase de distribution et initie une phase finale de
dégazage en commandant l'ouverture de la vanne
X6 de dégazage et la fermeture de la vanne
V35 principale de distribution.
[0107] Deuxièmement, après une courte durée, l'automate
16 rouvre à un instant
t7 la vanne
V35 principale de distribution et referme la vanne
X6 de dégazage pour saturer le réservoir
3 embarqué.
[0108] Troisièmement, après une temporisation, l'automate
16 referme la vanne
V35 principale de distribution à un instant
t8 qui marque la fin du cycle de distribution.
[0109] La vanne
V35 principale de distribution et la vanne
X6 de dégazage sont alors toutes deux fermées, et l'automate
16 génère un signal de fin de distribution.
[0110] Le signal de fin de distribution peut se traduire, notamment sur commande de l'automate
16, par l'affichage sur l'interface
9 d'un message visuel et/ou la génération d'un message sonore incitant le chauffeur
33 à débrancher, d'une part, le pistolet
19 de distribution du connecteur
4 fluidique et, d'autre part, le connecteur
25 du raccord
5 pneumatique.
[0111] Il a été observé que le pic de pression à l'instant
t6 est accompagné d'une chute de la température de vapeur dans le réservoir
3 embarqué, mesurée par le capteur
TT5A. Plus précisément, lorsque le réservoir
3 embarqué est effectivement plein, la température de vapeur chute à une valeur proche
de la température du GNL présent dans le réservoir (soit une valeur inférieure à -150°C).
[0112] Aussi, pour sécuriser le cycle de distribution, il est préférable d'appliquer un
double contrôle en programmant l'automate
16 pour que, à l'instant
t6, outre le pic de pression, il détecte une chute de la température au niveau du capteur
TT5A, ce qui constitue un critère secondaire de fin de distribution qui se cumule au critère
primaire (existence d'un pic de pression).
[0113] En d'autres termes, le réservoir
3 embarqué est décrété rempli (entraînant l'interruption du cycle de distribution)
si le pic de pression dans la pression P
V de vapeur est détecté et si, en outre, la chute de la température de vapeur sous
un seuil prédéterminé (par ex. -150°C) est détectée.
[0114] Par ailleurs, il a été constaté que le pic de pression à l'instant
t6 est accompagné d'une chute du débit dans le circuit
13 de distribution, détectée par le débitmètre
FM et prise en compte par l'automate
16.
[0115] Ainsi, on peut appliquer un double contrôle en programmant l'automate
16 pour que, à l'instant
t6, outre le pic de pression, il détecte au niveau du débitmètre
FM une chute du débit de GNL dans le circuit
13 de distribution, ce qui constitue un critère tertiaire de fin de distribution qui
se cumule alors au critère primaire (existence d'un pic de pression) et, le cas échéant,
au critère secondaire (existence d'une chute de la température).
[0116] Il est préférable, après l'achèvement de ce cycle de distribution, de vidanger le
circuit
13 de distribution et le circuit
16 de dégazage, après une temporisation prédéterminée permettant à l'automate
16 de s'assurer qu'aucune nouvelle distribution n'est réclamée dans la foulée de la
précédente.
[0117] Le circuit
13 de distribution peut être vidangé via le circuit
29 de recirculation et le
16 circuit de dégazage, par ouverture (commandée par l'automate
16) de la vanne
X20 de recirculation.
[0118] Le GNL s'écoule par différence de pression vers le réservoir
BO de boil-off, les vannes listées ci-dessous étant dans les états respectifs suivants
:
Vanne |
Etat |
X6 |
F |
X15 |
F |
B300 |
F |
B301 |
O |
[0119] Le compresseur
26 est mis en route pour condenser le gaz naturel du réservoir
BO de boil-off et le réinjecter, via le conduit
30 de réinjection, dans le réservoir
6 stationnaire.
[0120] Une fois vidangé le circuit
13 de distribution, le circuit
16 de dégazage peut être vidangé à son tour.
[0121] A cet effet, les vannes listées ci-dessous sont placées dans les états respectifs
suivants :
Vanne |
Etat |
X6 |
O |
X15 |
F |
B300 |
F |
B301 |
O |
[0122] La station
1 et le procédé de distribution qui viennent d'être décrit procurent des avantages
déterminants.
[0123] D'abord, la distribution peut être effectuée par gravimétrie, c'est-à-dire par différence
de pression - et donc sans pompe. Il en résulte des gains énergétiques, car une pompe
cryogénique est fortement consommatrice d'électricité.
[0124] Ensuite, la distribution décrite est automatisée et peut, ainsi, être effectuée sans
recourir à une main d'oeuvre qualifiée, les seules opérations humaines étant le branchement
et le débranchement des circuits
13, 16 de la station
1 sur le réservoir
3 du véhicule
2.
[0125] Enfin, la distribution est particulièrement efficace grâce au contrôle, réalisé par
l'automate
16, de la pression P
V de vapeur dans le réservoir
3 embarqué et aux dégazages automatiques successifs commandés l'automate
16, qui permettent, par réduction de la pression de vapeur saturante dans le réservoir
3, d'augmenter le taux de remplissage de celui-ci.
[0126] Il se peut qu'un conditionnement thermique du GNL soit nécessaire lorsque la différence
de température entre le GNL issu du réservoir
6 stationnaire (froid, à -161°C) et celui présent dans le réservoir
3 embarqué (comparativement plus chaud) est trop importante. Comme il est impossible
de refroidir le GNL présent dans le réservoir
3 embarqué, c'est le GNL du circuit
13 de distribution qu'il convient de réchauffer, ce qui est effectué par circulation
du GNL dans le vaporisateur
20, lequel assure un échange thermique avec l'atmosphère qui cède des calories au GNL.
[0127] La circulation du GNL dans le vaporisateur
20 est contrôlée par l'automate
16, qui place les vannes ci-dessous dans les états suivants :
Vanne |
Etat |
V100 |
O |
V101 |
F |
V102 |
F |
V103 |
O |
[0128] La température du GNL dans le circuit
13 de distribution est mesurée par les capteurs
TT100 et
TT200, qui permettent à l'automate
16 de vérifier une différence de température entre
TT100 (normalement à environ -161°C), et
TT200 (à une température supérieure en raison des calories acquises dans le vaporisateur
20).
[0129] L'automate
16 peut ajuster la quantité de GNL circulant au travers du vaporisateur
20 pour que la température du GNL en aval de celui-ci (mesurée par le capteur
TT200) corresponde à une valeur prédéterminée.