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Auteur(s)
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Pierre PETIT : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Électrotechnique et d’Hydraulique de Grenoble, Docteur 3 cycle en Thermodynamique - Ancien adjoint au Directeur Technique de l’Ingénierie de L’Air Liquide - Consultant en cryogénie - Président de la Commission A3 (liquéfaction et séparation des gaz) de l’Institut International du Froid - Professeur à l’École Polytechnique Féminine (Fondation EPF)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les pays industrialisés sont d’énormes consommateurs d’énergie et de matières premières d’origine pétrolière. En France, après l’amenuisement des réserves de charbon de l’Europe occidentale, le gaz naturel de Lacq a progressivement remplacé le gaz de four à coke dans le réseau de Gaz de France (GDF). Cependant, ses réserves étant très limitées, le gaz de Lacq a dû être complété et progressivement remplacé par du gaz importé de Hollande et d’URSS, acheminé par des canalisations sous pression.
Des gisements très importants furent simultanément découverts en Afrique (Algérie, Libye, Nigéria), au Moyen-Orient, en Indonésie, en Alaska et en Amérique du Sud. L’Europe, la Corée, le Japon et les États-Unis étaient des clients potentiels et le marché prometteur. Les distances de transport (milliers de kilomètres) et les voies maritimes offertes ou imposées (transports intercontinentaux) ont incité à développer une chaîne de transport maritime : le gaz naturel liquéfié (GNL) est transporté à – 161 oC dans les cuves thermiquement isolées des navires méthaniers. La liquéfaction du gaz permet une très grande réduction du volume des récipients sans majoration importante des épaisseurs des parois puisque l’on reste à pression atmosphérique (650 m3 de gaz à pression atmosphérique n’occupent qu’un mètre cube à l’état liquide).
L’objet du présent article est de décrire les procédés et les unités de liquéfaction du gaz naturel.
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- Version courante de juin 2010 par Béatrice FISCHER, Gilles FERSCHNEIDER
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5. Échangeurs cryogéniques
Les métaux ou alliages utilisés sont exclusivement ceux qui conservent leur résilience à froid (cf. Séparation et liquéfaction des gaz § 4.1). En raison de l’importance que prennent les « irréversibilités selon Carnot », conséquence des écarts de température notamment dans les zones les plus froides, les échangeurs à usage cryogénique possèdent la particularité d’être appelés à fonctionner avec de très faibles écarts de température et, de plus, sur une plage de température souvent très étendue. Ces échangeurs devront être très performants non seulement par leur KS (valeur du produit du coefficient d’échange thermique par la surface d’échange), mais aussi par leur capacité à distribuer uniformément tous les fluides en circulation et notamment ceux à l’état diphasique.
5.1 Échangeurs à plaques et ailettes en aluminium brasé
Ils sont brasés au four en blocs de 6 m de hauteur et de 1,4 m × 1,4 m de section maximale (limite imposée par les dimensions des fours de brasage). Leur masse est de 12 t environ.
Leurs principaux constructeurs sont cités en fin de l’article .
Ces échangeurs (figures 11 et 12) sont très compacts ; leur surface spécifique atteint 1 500 m2/m3 (750 m2 si l’on ne prend en compte qu’une seule face, comme c’est l’usage avec les échangeurs tubulaires). L’écartement très faible des ailettes conduit à un diamètre hydraulique très petit (2 mm environ). En conséquence, leurs performances pourront être très élevées, à condition toutefois que tous les problèmes liés à la distribution des fluides, notamment quand ils sont diphasiques à l’entrée, aient été correctement...
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