Soupapes de sûreté pour GNL pour le stockage cryogénique, la liquéfaction, la regazéification, le BOG et les systèmes de chargement
Les soupapes de sûreté pour GNL protègent les réservoirs de stockage cryogénique, les conduites de transfert de GNL, les bras de chargement, les stations de déchargement, les pompes GNL, les vaporiseurs, les skids de regazéification, les systèmes de gaz d'évaporation, les compresseurs BOG, les boîtes froides, les systèmes de gaz combustible GNL, les skids de soutage et les ensembles GNL marins contre la surpression. La sélection correcte commence par la pression de tarage, la PMP du matériel protégé, la température cryogénique, l'expansion thermique du GNL bloqué, la génération de gaz d'évaporation, l'exposition au feu, la défaillance du vaporiseur, la vaporisation biphasique, la contre-pression, la destination de la décharge, la ténacité du matériau, l'exigence de chapeau prolongé, l'étanchéité du siège, le dégagement d'isolation et les documents de test cryogénique requis.
Où sont utilisées les soupapes de sûreté pour GNL
Le service de décharge GNL est différent du service de gaz naturel ordinaire car la soupape peut rencontrer du liquide cryogénique, de la vapeur froide, un flux de vaporisation, une évaporation rapide, une expansion de liquide piégé et un risque de fragilisation par basse température. La soupape doit protéger les équipements sous pression et rester fiable dans des conditions de très basse température.
Réservoirs de stockage GNL et tuyauterie de réservoir
Utilisées sur les piquages de réservoir, les espaces de vapeur en partie supérieure du réservoir, les conduites de remplissage, les conduites de soutirage, les conduites de recirculation et les systèmes de protection de réservoir. La sélection doit examiner la pression de conception du réservoir, le taux d'évaporation, le cas d'incendie, la protection contre le vide, la décharge d'urgence et la décharge de vapeur froide.
Lignes de transfert GNL et bras de chargement
Utilisées sur les lignes de chargement, les bras de déchargement, les terminaux maritimes, les skids de chargement de camions, les systèmes de soutage et les sections isolées de tuyauterie cryogénique. La décharge thermique est essentielle lorsque le GNL peut être piégé entre des vannes fermées et réchauffé par la chaleur ambiante.
Pompes GNL et systèmes d'envoi
Utilisées sur les pompes immergées, les pompes d'envoi haute pression, les systèmes de recirculation et les collecteurs de refoulement de pompe. La sélection de la vanne doit examiner la courbe de la pompe, la pression de tête morte, le débit minimum, la vaporisation du liquide froid, les vibrations et le trajet de retour du refoulement.
Vaporiseurs et skids de regazéification
Utilisés sur les vaporiseurs à air ambiant, les vaporiseurs à faisceau tubulaire ouvert, les vaporiseurs à combustion immergée, les vaporiseurs multitubulaires et les unités de regazéification. Les cas de décharge comprennent la sortie de gaz bloquée, les perturbations d'apport de chaleur, la rupture de tube et l'isolement de liquide froid.
Gaz d'évaporation et systèmes de compression
Utilisés sur les collecteurs de gaz d'évaporation (BOG), les compresseurs, les knock-out drums, les récepteurs de gaz et les systèmes de conditionnement de gaz combustible. La sélection doit examiner le gaz à basse température, le refoulement bloqué du compresseur, le contrôle de la pression d'aspiration, la contre-pression de ventilation ou de torche et l'étanchéité.
Gaz combustible GNL et soutage maritime
Utilisés sur les systèmes d'alimentation en gaz combustible GNL, les skids de soutage maritime, les stations satellites, les systèmes de conteneurs ISO et les unités GNL à petite échelle. Les configurations compactes nécessitent un examen attentif de l'orientation de la vanne, de l'emplacement de la ventilation à froid, de la politique d'isolement et de la sécurité de l'opérateur.
La sélection des soupapes de sûreté GNL commence par le scénario de décharge cryogénique
Les systèmes GNL peuvent subir une surpression due à la dilatation du liquide, à l'évaporation, à un refoulement bloqué, à une tête morte de pompe, à une perturbation de vaporiseur, à une exposition au feu ou à une défaillance de compresseur. Le dispositif de décharge sélectionné doit correspondre à la phase, à la température et au système de décharge pour le cas déterminant.
Dilatation thermique du GNL en cas de blocage
Le GNL piégé entre des vannes fermées peut rapidement générer une pression à mesure que la chaleur s'infiltre dans la conduite. Les soupapes de décharge thermique cryogéniques doivent être examinées sur les conduites de chargement, les conduites de recirculation de pompe, les conduites d'entrée de vaporiseur et les sections de tuyauterie isolées.
Génération de gaz d'évaporation du GNL
L'apport de chaleur dans le stockage de GNL, les conduites de transfert ou les équipements à basse température crée un gaz d'évaporation. L'examen de la décharge doit inclure le gaz d'évaporation normal, le gaz d'évaporation d'urgence, la sortie de vapeur bloquée et la capacité du système de ventilation ou de torche.
Pompe GNL en tête morte ou refoulement bloqué
Les pompes GNL peuvent surpressuriser la tuyauterie de refoulement si la sortie est bloquée ou si le chemin d'écoulement minimum n'est pas disponible. La sélection doit examiner la courbe de la pompe, la pression d'arrêt, le débit de liquide froid, le comportement de vaporisation et la contre-pression du système de retour.
Blocage de sortie de vaporiseur
Lorsque le GNL est vaporisé et que le débit de sortie de gaz est restreint, la pression du vaporiseur peut augmenter. Le cas de décharge doit tenir compte de l'apport de chaleur, du débit d'entrée de GNL, des propriétés du gaz, de l'isolement de l'extrémité froide et de la pression de la tuyauterie de gaz en aval.
Exposition au feu et décharge d'urgence
Les réservoirs de stockage, les réservoirs de procédé, les vaporiseurs et les tuyauteries de GNL peuvent nécessiter un examen de décharge en cas d'incendie. La décharge d'urgence doit être dirigée vers une ventilation sûre approuvée, une torche ou un système de décharge à froid.
Vaporisation, écoulement diphasique et décharge à froid
La décharge de GNL peut commencer sous forme liquide et se vaporiser à mesure que la pression diminue. La capacité de la vanne, la tuyauterie de sortie, le comportement du panache froid, le risque de givrage et la compatibilité des matériaux de décharge doivent être examinés conjointement.
Cas d'application de soupapes de sûreté pour GNL avec données typiques pour demande de devis
Ces cas montrent comment les exigences des soupapes de décharge GNL sont couramment décrites avant la sélection du modèle. Le dimensionnement final doit être confirmé par les données de procédé du projet, la composition du GNL, la conception de l'équipement protégé, le calcul de décharge, l'examen du système de décharge et la base de code applicable.
Cas 1 : Soupape de sûreté pour décharge thermique de conduite de transfert GNL bloquée
Décharge thermiqueLa décharge thermique du GNL bloqué est souvent de faible débit mais de forte augmentation de pression. La voie de décharge doit rester ouverte et adaptée au liquide flashant froid ou à la vapeur.
Cas 2 : Soupape de sûreté pour réservoir de stockage GNL
Soupape de décharge pour réservoir de stockageLes dispositifs de décharge pour réservoirs de GNL doivent être coordonnés avec la gestion du gaz d'évaporation, la protection contre le vide et la ventilation d'urgence. La protection contre la surpression et le vide ne doit pas être traitée séparément.
Cas 3 : Soupape de sûreté de refoulement de pompe GNL
Protection de pompeLa décharge de pompe GNL nécessite un examen de la courbe de pompe et une planification du refoulement cryogénique. Une soupape de décharge liquide normale peut ne pas convenir sans examen du matériau basse température et du siège.
Cas 4 : Soupape de sûreté de sortie de vaporiseur GNL
RegazéificationLa décharge du vaporiseur peut impliquer du gaz froid ou du gaz naturel chaud selon la condition de perturbation. La température de sortie et la composition du gaz doivent être incluses dans la fiche technique.
Cas 5 : Soupape de sûreté de décharge du compresseur de gaz boil-off (BOG)
Compresseur BOGLa soupape de sûreté du compresseur BOG doit être sélectionnée en fonction du débit maximal crédible du compresseur, et non uniquement du débit BOG normal. La contre-pression du système d'évent ou de torche doit être vérifiée.
Cas 6 : Soupape de sûreté pour Skid de soutage GNL
Marine / SoutageLes skids de soutage GNL nécessitent une philosophie de décharge claire car l'arrêt d'urgence peut isoler des sections de liquide froid. La décharge thermique et la décharge de gaz doivent être coordonnées.
Matrice de données des soupapes de sûreté GNL
| Service GNL | Milieu typique | Cause courante de décharge | Vérification technique requise | Revue recommandée de la soupape | Risque en cas d'omission |
|---|---|---|---|---|---|
| Ligne GNL bloquée | GNL, liquide riche en méthane en évaporation, vapeur froide | Dilatation cryogénique due à la fuite de chaleur dans le liquide isolé | Volume piégé, fuite de chaleur, pression de tarage, trajet de décharge et comportement d'évaporation | Soupape de décharge thermique cryogénique avec siège adapté et matériaux pour basses températures | Surpression rapide, décharge de liquide froid ou fuite de vanne après cycles thermiques |
| Réservoir de stockage GNL | Gaz d'évaporation (BOG), vapeur de méthane, traces d'azote | Génération de BOG, sortie de vapeur bloquée, cas de décharge d'urgence | Pression de conception du réservoir, débit de BOG, capacité basse pression, protection contre le vide et décharge de sécurité | Système de décharge de surpression/vide du réservoir et dispositif de décharge basse pression certifié | Surpression du réservoir, dommages dus au vide, rejet de vapeur non sécurisé ou blocage par givrage |
| Décharge de pompe GNL | Mélange cryogénique de méthane liquide GNL, liquide en vaporisation | Pompe en tête morte, refoulement bloqué, défaillance du débit minimum | Courbe de pompe, hauteur d'obturation, capacité de liquide froid, pression de retour et vibrations | Soupape de décharge pour liquide cryogénique ou soupape de sûreté à ressort pour cryogénie | Dommages de pompe, rupture de ligne, décharge instable ou retour de décharge non sécurisé |
| Sortie vaporiseur | Gaz naturel, gaz froid riche en méthane, gaz chaud | Blocage de sortie de gaz, perturbation de l'apport de chaleur, défaillance du régulateur | Capacité de gaz, température de sortie, pression de conception en aval et dispersion du rejet | Soupape de sûreté pour gaz ou soupape pilotée pour gaz propre lorsque cela convient | Surpression en aval, bruit élevé ou panache de gaz non sécurisé |
| Compresseur BOG | Gaz d'évaporation, gaz riche en méthane, traces d'azote | Décharge bloquée, défaillance du recyclage, défaillance du contrôle du compresseur | Courbe du compresseur, débit maximal, pulsation, vibration et contre-pression | Soupape de sûreté pour gaz ou soupape de sûreté pilotée avec examen des fuites | Surpression du récepteur du compresseur, fuite ou décharge instable |
| Skid de chargement / soutage GNL | GNL, vapeur froide, gaz naturel | GNL piégé, transfert bloqué, isolation ESD | Séquence ESD, volume piégé, débit de transfert, philosophie de décharge et sécurité de l'opérateur | Soupape de sûreté cryogénique avec soupape de sûreté pour gaz si nécessaire | Surpression après isolation, exposition à un panache froid ou chemin de décharge bloqué |
Comment spécifier correctement une soupape de sûreté pour GNL
1. Confirmer si le cas de décharge concerne un flux liquide, vapeur ou flash
Les systèmes GNL peuvent décharger du liquide froid, du gaz d'évaporation, du gaz naturel réchauffé, du liquide en phase flash ou un flux biphasique. Le type de soupape, la capacité, la tuyauterie de sortie et la destination de décharge doivent être sélectionnés en fonction de la phase de décharge réelle.
2. Sélectionner les matériaux pour la ténacité cryogénique
Le corps, le chapeau, la tuyère, le disque, la tige, le ressort, la boulonnerie, le siège, le joint et la garniture doivent être adaptés aux températures cryogéniques. Les exigences de résilience à basse température, les nuances d'acier inoxydable et les spécifications des matériaux du projet doivent être confirmées avant la cotation.
3. Examiner l'installation du chapeau allongé et de la boîte froide
Les soupapes cryogéniques peuvent nécessiter des chapeaux allongés pour protéger la zone du ressort et du garnissage des températures extrêmes. La pénétration de la boîte froide, l'épaisseur de l'isolation, l'orientation de la soupape et l'accès de maintenance doivent être vérifiés lors de la phase de conception.
4. Vérifier la voie de décharge et la contre-pression
La décharge peut se faire vers le retour du réservoir, le collecteur de gaz d'évaporation (BOG), la torche, la cheminée de ventilation, la ventilation froide ou un système de drainage sûr. La contre-pression, le gel, la condensation, le panache froid, le risque d'inflammation et le risque d'atmosphère déficiente en oxygène doivent être examinés.
5. Confirmer le décharge thermique pour chaque section GNL bloquée
Le GNL piégé dans une tuyauterie isolée peut créer une forte augmentation de pression. Les conduites de transfert, les bras de chargement, les conduites de refoulement des pompes, les entrées de vaporiseur et les sections de dérivation doivent être vérifiés pour la couverture de décharge thermique.
6. Définir les tests cryogéniques et les documents
Les projets GNL exigent couramment des certificats de matériaux, la confirmation des matériaux à basse température, des enregistrements de tests de pression, l'étalonnage de la pression de tarage, le test d'étanchéité du siège, des enregistrements de nettoyage et des documents d'inspection spécifiques au projet.
Les soupapes de décharge GNL doivent être examinées en tenant compte de l'isolation, de la décharge à froid, de la contre-pression et de la ventilation sécurisée
Pourquoi l'installation des soupapes de décharge GNL contrôle la performance réelle
La performance des soupapes de décharge GNL dépend de l'ensemble du système cryogénique. Une soupape correctement dimensionnée peut toujours échouer si la conduite d'admission est trop longue, si la conduite de décharge gèle, si l'isolation empêche l'inspection, si des poches de liquide froid restent piégées, ou si la sortie est dirigée vers le personnel, des sources d'inflammation, des prises d'air ou des zones confinées.
L'installation doit examiner le chemin d'admission court, l'orientation de la soupape, l'interface de la boîte froide, le dégagement d'isolation, le réchauffement du chapeau, le support de sortie, la contraction thermique, l'élévation de la ventilation sécurisée, la direction du panache froid, la formation de glace, la drainabilité, la contre-pression du collecteur de torche ou BOG, la séquence d'isolement ESD, l'accès de maintenance et si la voie de décharge peut gérer du liquide froid, de la vapeur ou un écoulement biphasique flash.
Vérifications d'installation sur site
- Confirmer la pression de tarage, la MAWP de l'équipement protégé et la plage de température cryogénique.
- Vérifier chaque section de GNL bloquée pour une couverture de décharge thermique.
- Maintenir la perte de pression d'admission dans la limite de conception du projet.
- Diriger le liquide froid, le GNL en expansion et la décharge de gaz vers des systèmes sûrs approuvés.
- Examiner la contre-pression de sortie provenant de la cheminée de ventilation, du collecteur de gaz d'évaporation (BOG), du retour du réservoir ou du système de torche.
- Protéger le personnel contre le panache froid, le risque de gelures, l'atmosphère déficiente en oxygène et les risques d'inflammation.
- Prévoir un dégagement pour l'isolation, la visibilité des étiquettes, l'accès pour l'inspection et un espace sûr pour le retrait de la soupape.
Normes et documents à confirmer avant la commande
Références courantes pour les soupapes de sûreté GNL
Les spécifications des soupapes de sûreté GNL peuvent faire référence à la NFPA, ASME, API, ISO, EN, GB, aux réglementations locales des terminaux GNL, aux règles maritimes, aux normes de tuyauterie cryogénique du propriétaire et à la philosophie de décharge spécifique au projet. La base de conception applicable doit être confirmée avant la cotation.
- NFPA 59A où les exigences de production, de stockage et de manutention du GNL sont spécifiées par le projet.
- API 520 pour le dimensionnement et la sélection des dispositifs de décharge de pression de référence lorsque requis.
- API 521 pour la revue des systèmes de décharge et de dépressurisation, les cas de décharge au niveau du système, des torchères et des évents.
- ASME BPVC Section VIII lorsque les réservoirs, récepteurs, vaporiseurs ou séparateurs protégés sont des récipients sous pression.
- ASME B31.3 lorsque la tuyauterie de procédé GNL ou la tuyauterie de centrale cryogénique est spécifiée selon les règles de tuyauterie de procédé.
- API 526 lorsque les dimensions et les classes de pression des soupapes de décharge en acier à brides sont spécifiées.
- API 527 lorsque des tests d'étanchéité du siège sont requis par les spécifications du projet.
Ensemble documentaire typique pour les soupapes GNL
La documentation doit être convenue avant la fabrication, en particulier pour les terminaux GNL, les unités de regazéification, les compresseurs BOG, le soutage maritime, le chargement de camions et les projets d'exportation EPC.
- Fiche technique avec numéro d'identification, modèle, taille, orifice, pression de tarage et raccordement.
- Calcul de dimensionnement ou confirmation de capacité de décharge certifiée.
- Température cryogénique de base, composition du GNL et déclaration de phase de décharge.
- Certificats matière pour le corps, le chapeau, la tuyère, le disque, la tige, le ressort et les pièces retenant la pression.
- Confirmation de matière pour basse température ou documentation d'essai de résilience au choc lorsque spécifié.
- Certificat d'étalonnage de la pression de tarage, rapport d'épreuve hydraulique et rapport de test d'étanchéité du siège.
- Enregistrements de nettoyage, dégraissage, séchage, emballage et préservation lorsque requis.
- Dessin d'ensemble avec chapeau allongé, dégagement pour isolation, poids et orientation de décharge.
Liste de contrôle des données pour demande de devis (RFQ) de soupape de sûreté pour GNL
| Données requises | Pourquoi c'est important | Exemple d'entrée |
|---|---|---|
| Équipement protégé | Définit la frontière de pression, la base du code et la limite de pression de tarage. | Réservoir GNL, ligne de transfert, refoulement de pompe, vaporiseur, compresseur BOG, skid de chargement |
| PSMP / pression de conception | Définit la pression maximale que la soupape doit protéger. | Valeur de réservoir basse pression, 10 barg, 16 barg, 40 barg, tuyauterie Classe 150/300 |
| Pression de tarage | Définit la pression d'ouverture de la soupape et la base de capacité. | Point de consigne du réservoir, valeur de protection de ligne, pression de consigne de protection de refoulement de pompe |
| Scénario de décharge | Détermine la capacité requise et le comportement de phase. | GNL bloqué, génération de BOG, calage de pompe, blocage en sortie de vaporiseur, cas d'incendie |
| Milieu et phase | Affecte le dimensionnement, le matériau, la conception de décharge et la configuration de la soupape. | GNL liquide, GNL en vaporisation, gaz d'évaporation (BOG), gaz naturel froid, gaz naturel chaud, écoulement diphasique |
| Composition du GNL | Affecte le poids moléculaire, le comportement d'ébullition, la densité et le calcul de décharge. | GNL riche en méthane avec éthane, propane, azote et composants plus lourds |
| Température de décharge | Contrôle la sélection des matériaux cryogéniques, la conception du chapeau et la compatibilité du siège. | Température cryogénique du GNL, température de gaz froid, température de sortie du vaporiseur |
| Capacité requise | Confirme si la soupape peut protéger le système. | kg/h, Nm³/h, SCFM, taux d'évaporation, courbe de pompe, base de dilatation thermique |
| Contre-pression et circuit de refoulement | Influence la capacité, la stabilité, la sécurité et la configuration de la soupape. | Retour de réservoir, conduite BOG, torche, cheminée de ventilation, évent froid, système de gaz combustible |
| Condition d'installation | Affecte le chapeau allongé, le dégagement d'isolation et l'accès de maintenance. | Boîte froide, ligne extérieure, tuyauterie isolée, bras de chargement, skid marin, installation verticale |
| Exigence de matériau | Prévient la rupture fragile, les fuites et le rejet de documents. | 316SS, CF8M, acier inoxydable basse température, chapeau allongé, siège PTFE/PCTFE si approprié |
| Documents requis | Évite les retards d'inspection, de FAT, d'expédition et de mise en service. | Fiche technique, dessin, MTC, enregistrement de matériau basse température, rapport de dimensionnement, rapport d'étalonnage |
La sélection finale doit être confirmée par la composition du GNL, la fiche technique de l'équipement protégé, la température cryogénique, le scénario de décharge, la capacité requise, le code applicable, le calcul de la contre-pression, la capacité certifiée de la soupape et l'examen technique.
Erreurs courantes de sélection de soupape de sûreté pour GNL
Traiter le GNL comme du gaz naturel ordinaire
Le déchargement de GNL peut impliquer des liquides cryogéniques, un flux flash ou des vapeurs très froides. Une soupape de sûreté pour gaz naturel standard peut ne pas avoir les matériaux, la conception du chapeau ou les performances du siège appropriés pour le service GNL.
Oubli de la décharge thermique de liquide bloqué
Toute section de GNL isolée peut subir une surpression lorsque la chaleur pénètre dans la conduite. Les bras de chargement, les dérivations, les conduites de pompe et les conduites d'entrée de vaporiseur doivent être vérifiés pour le déchargement thermique.
Ignorer le déchargement flash et biphasique
Le GNL peut se vaporiser (flash) lorsque la pression diminue. La soupape et la conduite de décharge doivent être examinées pour le changement de phase, le givrage, le comportement du panache froid et le routage sûr de la sortie.
Utilisation de matériaux inadaptés aux basses températures
Le service cryogénique nécessite une révision de la ténacité des matériaux. Les matériaux du corps, de la garniture, des boulons, du ressort, du joint et du siège doivent correspondre à la condition de basse température spécifiée.
Oublier l'isolation et le dégagement du chapeau
L'isolation peut bloquer les plaques signalétiques, les leviers, les évents et l'accès à la maintenance. Les détails du chapeau allongé et de la boîte froide doivent être examinés avant la finalisation de l'agencement.
Décharger des vapeurs froides dans des zones non sécurisées
Le déchargement de GNL peut produire des nuages de vapeurs froides et un risque d'atmosphère déficiente en oxygène. La décharge de l'évent doit être acheminée vers des emplacements sûrs approuvés, loin du personnel et des sources d'inflammation.
Poursuivre l'examen de la sélection de votre soupape de décharge GNL
Ces pages connexes aident à passer des exigences de déchargement GNL à la sélection détaillée de soupapes cryogéniques, au dimensionnement, au déchargement thermique, à l'examen de la haute contre-pression, à la protection des réservoirs de stockage et à la préparation complète de la demande de devis (RFQ).
FAQ sur les soupapes de sûreté GNL
Préparer une fiche technique complète de soupape de sûreté GNL avant le devis
Envoyer la fiche technique de l'équipement protégé, la Pression Maximale de Service (PMS) ou pression de conception, la pression de tarage, la composition du GNL, le scénario de décharge, la capacité requise, la phase de décharge, la température de décharge, le volume bloqué si applicable, la contre-pression, le trajet de décharge, la condition d'installation, les exigences de matériaux, l'exigence de chapeau prolongé, la norme de raccordement et les documents requis. Une fiche technique complète aide à confirmer la compatibilité cryogénique, la capacité correcte et la décharge froide sûre.
