DIESTA: un tube optimisé pour aéroréfrigérants à haute efficacité

Développée avec le support de Total et de l’ADEME, la technologie DIESTA rend plus efficaces les aéroréfrigérants si largement utilisés pour liquéfier le gaz naturel. Cette nouvelle génération de tubes à ailettes, spécifiquement conçue pour optimiser les échanges thermiques, améliore conjointement les performances environnementales et économiques des installations de GNL, filière clé pour développer l’utilisation du gaz naturel et répondre aux enjeux climatiques.

 

EP.TOTAL.COM_EDOUARD_BALDY_FR
Édouard Baldy

GNL

EP.TOTAL.COM_THIERRY_SCHUHLER_FR
Thierry Schuhler

GNL

L’EFFICACITE ENERGETIQUE DES TRAINS DE LIQUEFACTION : UN ENJEU DE PREMIER ORDRE

La filière du gaz naturel liquéfié (GNL) est l’un des leviers de la mise en œuvre de notre stratégie Climat pour relever les défis du scénario ‘’2 °C’’ de l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE). Indispensable pour soutenir la croissance du gaz face aux autres énergies fossiles, elle compte parmi les voies les plus prometteuses pour améliorer l’intensité carbone de notre mix de production actuel. .

 

Mais aujourd’hui, l’efficacité énergétique de la liquéfaction du gaz naturel reste un axe d’optimisation pour cette filière. Jusqu’à 10 % du gaz entrant dans une usine de GNL est en effet consommé pour prétraiter et refroidir le gaz jusqu’à sa température de liquéfaction (-163 °C). Améliorer cette performance constitue un enjeu de premier ordre auquel répond la nouvelle technologie DIESTA (Dual Internally and Externally Structured Tube for Air Coolers). Co-développée par WIELAND, KELVION et TECHNIPFMC, avec le soutien de Total via le Programme Efficacité Énergétique lancé en 2008 avec l’ADEME (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie), la technologie DIESTA est conçue pour être utilisée notamment par les cycles de réfrigération permettant la liquéfaction du gaz naturel.

DIESTA : UN TUBE A HAUTE EFFICACITE, OPTIMISE POUR AEROREFRIGERANTS

Les tubes à ailettes sont les composants essentiels des aéroréfrigérants qui, dans un train de liquéfaction, permettent de refroidir, de condenser et de sous-refroidir le propane utilisé comme fluide réfrigérant : ces tubes assurent le transfert thermique entre le fluide à refroidir ou à condenser (le propane) et la source froide (l’air).

 

Le tube à ailettes de nouvelle génération DIESTA a été conçu spécifiquement pour optimiser ce processus d’aéroréfrigération. Par la modification de la surface interne du tube et de celle des ailettes externes, son nouveau design améliore en effet de l’ordre de 15 % le coefficient de transfert thermique entre le propane (côté tube) et l’air (côté ailettes) par rapport à un tube à ailettes « classique » :

 

  • le manchon en alliage d’aluminium qui recouvre la surface externe de DIESTA supporte des ailettes qui ne sont plus lisses, comme sur les tubes classiques, mais dotées de gorges et de bossages. À la clé, une meilleure distribution de l’air et une augmentation des turbulences, sources d’un meilleur coefficient d’échange de chaleur ;
  • alors que la surface interne des tubes à ailettes des générations précédentes est lisse, celle du tube DIESTA est structurée. Elle comporte des rainures qui, en augmentant les turbulences, améliorent le coefficient de transfert de chaleur dans le fluide circulant côté tube.
  • Aéro refroidisseur du compresseur gaz lift à bord du FPU Alima. Champ offshore en eaux profondes de Moho-Bilondo.
  • Aéro compresseur gaz lift à bord du FPU Alima. Champ offshore en eaux profondes de Moho-Bilondo.
  • Train d’aéroréfrigérants et aérocondenseurs des trains Gladstone LNG
  • Nouvelle technologie DIESTA (Dual Internally and Externally Structured Tube for Air Coolers) conçue pour répondre à l’enjeu premier d’améliorer l’efficacité énergétique.
Suivant Previous

DES BENEFICES SUBSTANTIELS DANS TROIS DOMAINES : ECONOMIE, ENVIRONNEMENT, SECURITE DES PROCEDES

Les objectifs de ce développement innovant ont été pleinement atteints. Compatible avec les techniques existantes d’aéroréfrigérants et conforme aux exigences des standards de l’industrie (API 661, ISO 13706...), DIESTA est porteur d’avantages décisifs :

 

La réduction de l’empreinte au sol des trains de liquéfaction entraîne une réduction de leurs coûts de construction. Le nombre de cellules d’aéroréfrigérants à aligner pour atteindre la puissance nécessaire de refroidissement conditionne la longueur des trains de liquéfaction. L’augmentation de la quantité de chaleur transférée dans chaque cellule grâce à la technologie DIESTA permet de réduire jusqu’à hauteur de 20 % le nombre total des cellules, donc la longueur du train de liquéfaction. Or, lorsqu’il s’agit de trains de liquéfaction de plusieurs millions de tonnes/an de GNL ceux-ci peuvent mesurer plusieurs centaines de mètres de long. La diminution significative de l’empreinte au sol de ces trains entraîne des réductions de coût allant au-delà de la simple réduction du nombre d’aéroréfrigérants (moins de tuyauteries, de charpentes, de génie civil, de câblages électriques...).

 

La réduction du nombre d’appareils permet de réduire l’inventaire d’hydrocarbures dans l’installation, ce qui permet d’en améliorer la sécurité.

 

Des aéroréfrigérants plus efficaces permettent d’augmenter la capacité de production de GNL pour une même architecture de cycle froid. La meilleure efficacité des aéroréfrigérants optimise les conditions opératoires et permet ainsi d’améliorer le rendement des compresseurs et de réduire leurs puissances nécessaires alors qu’ils sont les principaux consommateurs d’énergie du train de liquéfaction. Cette réduction de la consommation d’énergie du cycle de réfrigération permet, en fonction des choix de conception :

 

  • Soit de produire la même quantité de GNL en consommant moins d’énergie (jusqu’à -3% [1])
  • Soit d’augmenter la production de GNL (jusqu’à +3% [1]) grâce à l’amélioration du rendement du cycle froid ; on conserve l‘architecture des machines d’entraînement des compresseurs et on obtient ce dégoulottage au prix de modifications mineures, ce qui le rend économiquement très attractif.

Cette technologie innovante, source d’optimisation économique et environnementale des usines de GNL, sera désormais systématiquement considérée pour la conception de nos nouveaux projets et pour le remodelage d’usines déjà existantes.

 

[1] Combinée avec une réduction de l’approche en température sur les évaporateurs au propane.