Brevet FR2222604A1 — publié le 19741018

La présente invention concerne des installations de stockage destinées à stocker des fluides et autres matières à des températures très différentes de la température ambiante. Pour stocker des matières, il est parfois nécessaire d'utiliser des réservoirs de très grande capacité; les paroIs des réservoirs sont soumises à de très grandes forces de déformation par le contenu du réservoir, par exemple par suite du grands poids du contenu et/ou de la pression intérieure du réservoir, dans le cas où le contenu est stocké à une pression supérieure à la pression atmosphérique. Pour donner au réservoir une résistance suffisante à la déformation ou à la rupture sous l'action de ces forces, les parois sont normalement fabriquées en tôle de gros calibre ou sont fortement renforcées par des nervures extérieures de raidissement. Ces façons de donner au réservoir une résistance suffisante ne sont pas entièrement satisfaisantes, étant donné qu'il en résulte une diminution marquee du rapport capacitédimension ou du rapport capacité-poids du réservoir, s'il s'agit de résister à de très grandes forces de déformation. La présente invention a pour objet une installation de stockage comportant un réservoir renforcé par des tirants intérieurs qui peuvent autre protégés contre un chauffage ou un refroidissement nuisibles de la part du fluide maintenu à haute ou basse température dans le réservoir. Une installation de stockage selon l'invention comprend un réservoir renforcé par au moins un tirant intérieur qui relie une paroi ou portion de paroi du réservoir à une autre de ses parois ou portions de paroi, au moins un de ces tirants étant sous la forme dlun tube et des moyens étant prévus pour faire s'écouler un fluide à travers ce tube afin de le protéger contre un chauffage ou un refroidissement excessifs de la part de la matière stockée dans le réservoir. Bien qu'il puisse suffire dans certaines conditions de prévoir un seul tirant de renforcement, selon la grandeur du réservoir et d'autres facteurs qui influent sur les efforts appliqués aux parois du réservoir, et bien que la présence d'un seul de ces tirants rentre dans le cadre de l'invention, il sera genéralement nécessaire ou désirable de prévoir plusieurs tirants et, ci-après, on supposera qu'il y en a plusieurs. Pendant le stockage de matière à haute ou basse température dans le réservoir d'une installation selon l'invention, on peut faire passer un fluide à travers les tirants tubulaires de renforcement et la température de ce fluide peut être influencée par des moyens extérieurs au réservoir, de sorte que les tirants sont protégés contre les dommages éventuels dûs à un chauffage ou à un refroidissement excessifs par transfert de chaleur de la matière stockée dans le réservoir. Par suite, pour toute température extrême donnée de stockage, on dispose d'un choix relativement large de matières pour les tirants. Grâce à la présence des tirants, la résistance des parois du réservoir à la déformation sous des efforts intérieurs peut être moindre qu'il ne serait nécessaire autrement. Les tirants tubulaires sont, de préférence, branchés dans un circuit de fluide avec des moyens permettant de faire circuler le fluide à travers les tirants, de façon continue ou non. De préférence, l'installation comprend des moyens permettant de fournir de la chaleur ou du froid au fluide que l'on fait passer à travers les tirants, afin de maintenir le fluide en circulation à une température voulue ou dans un intervalle prédéterminé de température à l'intérieur des tirants tubulaires. À titre d'exemple, pour chauffer un fluide, on peut utiliser un ou plusieurs dispositifs chauffants à résistance électrique. Selon une variante, dans des conditions appropriées, on peut réaliser le chauffage en faisant passer un courant électrique à travers le fluide, entre des électrodes. Des moyens de chauffage du fluide peuvent être placés à l'intérieur des tirants tubulaires et/ou en un ou plusieurs endroits extérieurs au réservoir. Le réservoir peut être de forme sphérique, prismatique ou de toute autre forme. De préférence, le réservoir est de forme prismatique. Le réservoir peut être muni de tirants tubulaires comme ci-dessus qui courent dans une direction ou dans plus d'une direction. Par exemple, un réservoir prismatique selon l'invention peut être muni de tirants tubulaires horizontaux reliant entre elles des parois verticales antérieure et postérieure du réservoir, et/ou de tirants tubulaires reliant entre elles des parois latérales verticales opposées du réservoir, et/ou de tirants tubulaires reliant entre elles des parois supérieure et inférieure du réservoir. Au lieu de cela ou en outre, des tirants tubulaires peuvent être disposés en croix, par exemple entre des angles intérieurs du réservoir. Quels que soient le nombre et la disposition des tirants à l'intérieur du réservoir, il peut y avoir un seul circuit de fluide commun à tous les tirants tubulaires, ou bien les tirants peuvent être alimentés par deux ou plusieurs circuits. Grâce à l'effet de renforcement des tirants, il peut être superflu, selon les charges mises en jeu et le calibre de la ou des parois structurales du réservoir, de soutenir ou de renforcer extérieurement la ou les parois. Toutefois, il n'est pas exclu de prévoir un tel soutien ou renforcement extérieur.Tout soutien ou renforcement extérieur de ce genre peut avoir un poids et des dimensions moindres qu'il ne serait nécessaire en l'absence des tirants. Un mode de construction pue l'on peut adopter avantageusement dans la construction du réservoir consiste à le munir de nervures extérieures de raidissement et à relier les tirants tubulaires à la ou aux parois du réservoir en des positions croisées par ces raidisseurs. L'invention peut s'appliquer à des installations servant à stocker diverses matières à basse température, par exemple à stocker des aliments surgelés ou des gaz liquéfiées tels que la diméthylamine, le chlorure de vinyle et le chlorure de méthyle. L'invention est particulièrement utile dans les installations servant à stocker du gaz naturel liquéfié ou du gaz de pétrole liquéfié à la pression atmosphérique. Le stockage de gaz naturel liquéfié à la pression atmosphérique nécessite des températures particulièrement basses. Les parois structurales de réservoirs destinés à cet effet, à moins qu'elles ne soient formées de matériaux spéciaux très coûteux, doivent être protégées contre le froid qui règne dans le réservoir. On peut maintenir l'enveloppe du réservoir à une température suffisamment élevée pour éviter un affaiblissement structural ou une détérioration en la munissant d'un doublage calorifuge. Bien entendu, l'enveloppe ést exposée à l'atmosphère ambiante qui aide par elle-même à la maintenir à une température bien supérieure à celle du contenu du réservoir. Toutefois, les éléments intérieurs de renforcement sont totalement plongés dans la cargaison froide et il n'est pas possible d'utiliser des tirants ordinales sous forme de barres ou de tiges massives, même si elles sont enrobées dans un isolant thermique. Quand on utilise une installation selon l'invention, les tirants peuvent être exposés continuellement à un fluide de chauffage de façon qu'ils ne se refroidissent pas au-dessous d'une certaine température critique inférieure.Cet agent de chauffage peut être à une température suffisamment élevée pour qu'il ne soit pas nécessaire de revêtir de matière calorifuge les tirants tubulaires, mais en général, pour les usages principalenient envisagés, il est important d'utiliser ce revêtement pour diminuer l'énergie calorique nécessaire au circuit d'agent de chauffage et pour éviter une ébullition prononcée du fluide stocké. Dans des modes d'exécution préférés de l'invention, l'en- veloppe du réservoir et les tirants tubulaires sont formés d'acier ordinaire, par exemple d'acier de qualité À ou D, et la ou les surfaces intérieures de l'enveloppe et les surfaces extérieures des tirants tubulaires sont munies d'une ou plusieurs couches calorifuges composées totalement ou principalement de matière polymère. Un isolant thermique particulièrement satisfaisant comprend une ou plusieurs couches poreuses ou cellulaires et une ou plusieurs pellicules ou membranes étanches aux fluides espacées de la ou des surfaces intérieures de l'enveloppe structurale et séparées de celle-ci par une ou plusieurs couches poreuses ou cellulaires. Les couches'poreuses ou cellulaires peuvent être formées, par exemple, d'une mousse de polyuréthane à cellules ouvertes ou d'une mousse de chlorure de polyvinyle à cellules fermées, et la ou les pellicules étanches au fluide peuvent être formées d'un caoutchouc d'uréthane. Bien entendu, ces matières sont mentionnées purement à titre d'exemple. Il existe de nombreuses autres matières appropriées, y compris, dans le cas de la ou des couches calorifuges, le bois de balsa et lesmatières solides en vrac (granulaires). Les tirants tubulaires peuvent être doublés dans un but de protection ou autre. Par exemple, les tirants peuvent être doublés d'une matière plastique, telle que le "Nylon", pour être protégés contre l'action chimique de l'agent de refroidissement ou de chauffage utilisé. Un doublage de "Nylon" convient pour protéger des tirants en acier ordinaire contre la rouille dans le cas où l'on utilise l'eau comme agent de chauffage. L'invention peut s'appliquer à des installations de stockage terrestres et à des installations de stockage sur navires, par exemple à des navires-citernes à combustibles. On peut détacher un réservoir donné du système de chauffage par circulation d'un navire de ce genre, le transporter à un emplacement terrestre et l'y relier à un autre système de chauffage si nécessaire. Bien que l'on ait parlé dlun seul réservoir, il est entendu qu'une installation selon l'invention, telle qu'elle est définie ici, peut comporter deux ou plusieurs réservoirs et qu'en pareil cas, les réservoirs peuvent présenter des tirants tubulaires branchés dans un système commun de circulation d'agent de chauffage ou de refroidissement. L'invention a aussi pour objet un procédé de stockage de matière à température cryogène, suivant lequel on utilise une installation selon l'invention telle qu'elle est définie cidessus et on fait circuler un fluide chauffé à travers les tirants tubulaires du réservoir pendant le stockage de la matière dans ce réservoir. Le choix de agent de chauffage que l'on fait circuler à travers les tirants pourrégler la température doit tenir compte des besoins de chaleur ou de froid des tubes dans les conditions de stockage envisagées. L'avantage relatif de différents agents utiles de réglage de température dépend, entre autres, de leurs propriétés rhéologiques dans l'intervalle de température de travail, de leur chaleur spécifique et de leur action chimique sur les matières qui sont exposées au fluide en circulation dans le ou les circuits de réglage de température. Pour les installations de stockage cryogène, il est recommandé d'utiliser une huile comme agent de réglage de température. Toutefois, on peut utiliser d'autres agents de chauffage, par exemple un autre agent liquide ou un agent gazeux tel que l'air chauffé. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. - la figure 1 est une vue en bout du réservoir de l'installation, une partie de l'enveloppe étant arrachée; - la figure 2 montre un détail de la structure du réservoir; et - la figure 3 est une vue en plan de l'installation complète. Le réservoir 1 comprend une enveloppe 2 en acier de qualité D. L'enveloppe est renforcée extérieurement par des nervures de raidissement 3 qui font le tour de l'enveloppe dans les plans norizontaux et verticaux (voir figures 1 et 2). Le réservoir est destiné au stockage de gaz naturel liquéfié à la pression atmosphérique. La température du liquide stocké doit être de l'ordre de 1000X, L'enveloppe d'acier deviendrait- fragile si elle était portée à des températures aussi basses. Pour éviter un trop grand refroidissement de l'enveloppe, celle-ci est munie d'un doublage calorifuge comprenant des couches 4 et 5 de mousse de polyuréthane à cellules ouvertes et des pellicules étanches 6 et 7 de caoutchouc d'uréthane qui se trouve dans le commerce sous la marque "Adiprene" L-420.La pellicule la plus intérieure est directement exposée au gaz liquéfié du réservoir et constitue une barrière primaire contre la fuite du liquide froid à travers l'isolant. Ed cas de détérioration de la barrière primaire, le liquide pourrait être contenu par la barrière secondaire 6. Quatre tirants tubulaires intérieurs, également formés d'acier de qualité D, sont reliés à des parois latérales opposées de l'enveloppe d'acier, à chacun de trois différents niveaux du réservoir. Les tirants de la série supérieure sont représentés en tirete sur la figure 3 et sont désignés par les repères 8,9,10 et 11. La figure 1 montre le tirant tubulaire 8 et les tirants 12 et 13 situés en-dessous et appartenant aux séries centrale et inférieure. Les extrémités des tirants tubulaires font saillie à travers les parois latérales de l'enveloppe d'acier aux points d'intersection entre les nervures verticales et horizontales de raidisseent 3 et sont reliées à ces nervures. La liaison entre une extrémité du tirant 8 et une paroi latérale de l'enveloppe est représentée en détail sur la figure 2. L'extrémité du tirant est soudée à une pièce d'extrémité 14 comportant des nervures de raidissement croisées qui sont à leur tour soudées aux nervures de raidissement 3. Les autres liaisons entre tirant et paroi sont identiques à celle de la figure 2. Chacun des tirants tubulaires est revêtu d'un isolant thermique 15. L'isolant de chacun des tirants adhère à la surface du tirant et il est similaire par sa composition et sa forme au doublage de l'enveloppe d'acier. Les pellicules étanches 6 et 7 de ce doublage sont liées aux pellicules étanches de l'isolant des tirants, de sorte qu'il existe une continuité des barrières étanches sur les surfaces intérieures de L'enveloppe et sur les faces extérieures des tirants tubulaires. Cela implique que l'enveloppe d'acier munie des tirants tubulaires soit construite avant l'application de l'isolant thermique et que cet isolant thermique soit constitué in situ sur les surfaces d'acier. On peut constituer les couches de mousse de polyuréthane par pulvérisation ou bien en posant des blocs préfabriqués ou bien en utilisant une combinaison des deux procédés. En général, il est plus facile de réaliser le revêtement des tirants tubulaires en pulvérisant la mousse de polyuréthane. On peut former les pellicules de caoutchouc d'uréthane en appliquant une solution de caoutchouc d'uréthane ou en appliquant des feuilles ou bandes de caoutchouc et en collant les feuilles ou bandes ensemble par les bords pour constituer la barrière sur toute la surface de l'isolant. Comme le montre la figure 3, la série supérieure de tirants 8 à Il est reliée d'un côté du réservoir à un collecteur d'entrée 16 et de l'autre caté du réservoir à un collecteur de sortie 17 qui mène à un réservoir à agent de chauffage 18. Du fluide est aspiré à-ce réservoir par une pompe 19 dont le refoulement est relié au collecteur d'entrée 16 relié aux extrémités d'entrée des tirants tubulaires. Si on le désire, on peut brancher la série centrale et la série inférieure de tirants tubulaires dans le même système circulatoire, de façon que tous les tirants reçoivent de l'agent de chauffage du même réservoir par la même pompe. Ou encore, des circuits séparés ou du moins des pompes séparées peuvent être prévus pour desservir les séries centrale -et inférieure de tirants.Le sens de circulation de l'agent de chauffage est indiqué par des flèches-sur la figure 3. Dans le réservoir à agent de chauffage 18 se trouve un élément chauffant 20 qui peut être du type à résistance électrique et sert à chauffer le fluide de ce réservoir. L'élément chauffant est sous la commande automatique d'un thermostat (non représenté) qui est réglé de manière à maintenir le fluide du réservoir à une température prédéterminée ou dans un intervalle prédéterminé de température. Dans une installation particulière du genre décrit, servant à stocker du gaz naturel liquéfié à la pression atmosphérique, le réservoir 1 avait une capacité de 2500 m3. Le doublage calorifuge de l'enveloppe d'acier et des tirants tubulaires en acier avait une épaisseur d'environ 25 cm et était capable de maintenir le gaz liquéfié au-dessous de sa température d'ébullition pendant un grand nombre Xe jours pendant que le réservoir était exposé à une température ambiante de 200C. Le diamètre extérieur des tirants tubulaires en acier était de 15 cm et leur diamètre intérieur de 13 cm environ. L'agent de chauffage choisi pour chauffer les tirants tubulaires était une huile de silicone ayant une courbe de viscosité assez aplatie dans l'intervalle de -50 à +50 C. La température de l'huile du réservoir à agent de chauffage et le débit volumétrique de circulation de l'huile par la pompe 19 étaient maintenus à un niveau tel que la température de l'huile aux extrémités d'entrée des tirants tubulaires était de l'ordre de 250C. Dans ces conditions, la température de l'huile quittant les tirants tubulaires à leur autre extrémité était de l'ordre de 1000. La température de l'huile dans le collecteur de sortie 16 était donc suffisante pour éviter une condensation d'humidité sur ce collecteur et il était inutile de munir ce collecteur d'un isolant thermique extérieur. Le système de tirants du réservoir 1 forme une espèce d'échafaudage intérieur qui facilite l'accès à toute partie de l'intérieur du réservoir pendant l'application de l'isolant thermique et pendant l'inspection et l'entretien ultérieurs. il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et Qu'il serait possible de les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVEND i CÂT IONS 1. Installation de stockage destinée à stocker des matières à des températures très différentes de la température ambian- te du type comprenant un réservoir renforcé par au moins un tirant intérieur qui relie une paroi ou portion de paroi du réservoir à une autre de ses parois ou portions de paroi, ladite installation étant caractérisée en ce qu'au moins un de ces tirants est sous la forme d'un tube et des moyens sont prévus pour faire s'écouler un fluide à travers ce tube afin de le protéger contre un chauffage ou un refroidissement excessifs de la part de la matière stockée dans le réservoir. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit ou lesdits tirants sont branchés dans au moins un circuit dans lequel on peut faire circuler un tel fluide. 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que des moyens sont prévus pour fournir de la chaleur ou du froid au fluide dudit ou desdits circuits. 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit ou lesdits circuits sont munis 'un ou plusieurs dispositifs chauffants à résistance électrique servant à chauffer du fluide qu'on y fait circuler. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le réservoir est muni de nervures extérieures de raidissement, caractérisée en ce qu'au moins un tirant tubulaire est relié à des parois du réservoir en des positions croisées par des nervures de raidissement. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le réservoir comprend une enveloppe structurale d'acier munie d'un doublage calorifuge intérieur. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le ou les tirants tubulaires sont revêtus d'isolant thermique. 8. Installation selon la revendication 6 ou la revendication 7 caractérisée en ce que ledit doublage calorifuge et ledit revêtement calorifuge comportent une ou plusieurs pellicules ou membranes formant une ou plusieurs barrières étanches continues espacées de la ou des surfaces intérieures de la ou des parois structurales du réservoir, et espacées aussi des surfaces extérieures des tirants tubulaires. 9. Installation selon l'une quelconque-des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que ledit doublage calorifuge et/ou ledit revêtement calorifuge comprennent une ou plusieurs couches calorifuges composées totalement ou principalement de matière polymère. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que lesdits tirants tubulaires sont doublés d'une matière plastique. 11. Procédé de stockage d'un gaz liquéfié ou autre matière à température cryogène, caractérisé en ce qu'on utilise une installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, et on fait passer un fluide chauffé à travers le ou les tirants tubulaires du réservoir pendant le stockage de la matière dans celui-ci. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on utilise une huile comme fluide chauffé.