Brevet FR2215350A1 — publié le 19740823

Le présente invention concerne généralement et a essentiellement pour objet un procédé de prérefroidissemerlt, c'est-à-dire de mise et de maintien en froid, de âWC d'un navire-citerne de transport de gaz liquéfié à busse température, tel quand en particulier du gaz naturel liquéfié ou analogue, pendant au moins une partie de la durée du voyage maritime de retour a vide et un dispositif pour l'exécution de ce procédé ainsi que les diverses applications et utilisations résultant de leur mise en terre. L1invention se rapporte également aux divers systèmes, ensembles, équipements et installations et notamment, à titre de produits industriels nouveaux, aux n'vires et. véhicules ou engins flottants analogues de transport maritime de gaz liquifié cryogénique pourvus de tels dispositifs ou appareils. On sait que,dans un navire-citerne de transport d'un liquide vol ttiie fortement refroidi tel que du gaz liquéfié par exemple naturel, les cuves de ce navire, formant par exemple méthanier, destinées à recevoir ce gaz natiisel liquéfié, sont situées, par mesure de sécurité, devent les aménagements et la salle ou chambre des machines du navire qui sont ainsi reportés à l'arrière du n vire. Les cuves dont chaque occupent le plus souvent sensiblemen la largeur tot@lede la cale du navire, sont disposées successivement les unes à-la suite des autres et les compartiment@, contenant respectivement ces cuves, sont séparés, obligatoirement par mes@@re de sécurité et pour assurer 1 rigidité de la truc ture de coque du navire, par des cloisons tr@nsver@@les à double paroi en acier ordinaire, appelées cofferdams, entre les deux parois desquelles, il est alors néce@@@ire de faire circuler un fluide gazeux, par exemple de T l'air, de réchauff ement des parois pour éviter que celles-ci ne @oien@ exposées bu froid intense du gaz liquéfié, 1ue seul un cier noble, donc très coûteux, peut supporter. La longueur des cuves n'est pas arbitraire en direction longitudinale du navire car la longueur de chaque cuve est limitée par des considérationsde mouvements du liquide dans la cuve dus aux mouvements dÀ navire causés par la houle et le vent et, actuellement en pratique, un navire méthanier, présentant par exemple d'une façon typique une capacité totale de chargement ou de transport de 125 000 m7, aura cette capacité répartie en 5 ou 6 cuves, soit par exemple en 5 cuves de 25 000 Til de contenance chacune en moyenne. Les pertes relatives journalières pr évaporation d'un gaz liquéfié sont par exemple en moyenne de 0,2 Ào de la capacité des cuves en liquide selon le climat de la région géographique concernée et ces pertes par évaporation sont généralement récupérées à bord du navire pour servir de combustibles en étant brulées iwans les chaudières du navire afin de contribuer à la propulsion de celui-ci. Lorsque le navire, après son voyage aller en charge à destination d'un port terminal de déchargement de cargaison, revient à vide, c'est-à-dire à l'état lège, à son port terminal de départ pour y embarquer un nouveau chargement de gaz liquéfié, un tel voyage de retour dure généralement moins d'un mois,c'est-à-dire par exemple de 10 à 20 jours selon la distance à parcourir. Il est alors avantageux de prérefroidir les cuves, c'est-à-dire de les mettre et maintenir en froid pendant le voyage de retour à vide, afin d'éviter, au chargement dans le port de départ, des pertes excessives par évaporation rapide dues au contact du gaz liquéfié très froid avec des parois de cuve relativement chaudes.En effet, ces pertes importantes par évaporation ne seraient pss récupérables pour la propulsion du navire puisque celui-ci est à l'arrêt pendant toute la durée des opérations de chargement et, par ailleurs,ce seret un gaspillage coûteux de rejeter ces pertes dans l'atmosphère, une telle évacuation à l'air libre créant en outre un risque sérieux de pollution atmosphérique. Une autre solution à ce problème consisterait à récupérer ces pertes gazeuses en les captant ou en les collectant et en les renvoyant à l'usine de liquéfaction à terre en vue de leur rliquéfaction, mais cela présente l'inconvénient de nécessiter des installations spéciales coûteuses ainsi que des opérations de reliquéfaction onéreuses. Beys cuves sont donc prérefroidies et maintenues en froid pendant le voyage de retour pour éviter tout temps mort et des déperditions de liquide au port de départ lors du chargement de la cargaison et, à cet effet, le procédé actuellement utilisé consiste à ne pas vider entièrement chaque cuve de transport au moment du déchargement de la cargaison liquide mais a' y laisser subsister une quantité résiduelle minimale nécessaire de gaz liquéfié pour permettre le maintien en froid des cuves pendant le voyage de retour. Ce fond de cargaison liquide constitue alors une réserve de gaz liquéfié sur laquelle du gaz liquéfié est constamment prélevé et-envoyé par des pompes vers le haut dans des rampes d pulvérisation et d'aspersion ou d'arrosage disposées le long des parois de chaque cuve sensiblement sur toute la hauteur et au milieu de cellecci, de sorte que les jets de gaz liquéfié ainsi produits, qui ruissellent sur les parois de la cuve, maintiennent la cuve en froid par leur vaporisation rapide .Ce maintien en froid peut s'effectuer pendant une partie seulement de la durée totale du voyage-maritime de retour à vide et, ainsi, les pertes par évaporation sont étalées sur le voyage de retour, plutôt que d'autre concentrées sur la période de chargement des cuves.Cette méthode de la technique actuellement connue nezessite donc la présence drune quantité minimale de réserve de gaz liquefié dans chaque cuve, ce qui présente en particulier les inconvénients suivants 1) Comme la réserve de liquide, restant -dans le fond de chaque cuve, diminue au fur et à mesure du voyage de retour en raison de sa consommation par vaporisation forcée pour le prérefroidissement et la réfrigération de la cuve, le niveau de liquide baisse constamment et il peut arriver un moment où le liquide est relativement si faible qu'il peut y avoir un risque de désamorçage des pompes de pulvérisation, notamment à cause des mouvements du. liquide dans les cuves provoqués par les mouvements du navire sous l'effet de -la houle et du vent. 2) On pourrait eventuellement pallier cet inconvénient en augmentant la valeur de cette quantité minimale de réserve, mais il existe une limite conditionnée par un taux de remplissage critique de chaque cuve qui est d'une valeur égale à environ 25 % de la capacité de la cuve et pour lequel il peut se produire un phénomène de vagues déferlentes issu des mouvements périodiques de balancement du navire et des oscilla- tions ou mouvements du liquide dans les cuves. Ce phénomène peut créer des vagues extrêmement fortes ou grosses dans le liquide contenu dans les cuves, lesquelles vagues peuvent endommager les cuves par leur déferlement contre-les parois de cellesci. 3)Bien que la paroi métallique interne des cuves puisse être maintenue convenablement froide par le procédé connu précité en raison de la masse relativement faible de la paroi,cela n'est pas le cas pour la couche ou enveloppe calorifuge constituant l'isolation thermique à cause de la masse relativement plus importante de celle-ci. Il en résulte que, juste après le chargement de la cargaison, les pertes par évaporation, dues à la mise en froid de l'isolation thermique (laquelle mise en froid peut prendre 2 ou 3 jours après le chargement), sont beaucoup plus importantes (par exemple de l'ordre de 1% à 1,5 par jour) que pour une cuve à structure déjà convenablement froide entièrement, de sorte que ces pertes peuvent excéder largement les besoins du navire en combustible pour la propulsion de celui-ci et ne pouvoir entre absorbées par ce dernier en nécessitant ainsi leur rejet à l'atmosphère avec risque de pollution concomitant. 4) La mise et le maintien en froid des cuves nécessitent l'emploi de pompes de pulvérisation précitées qui créent des sujétions de fonctionnement et d'entretien. En outre, ce matériel augmente donc le coat de l'appareillage auxiliaire de bord du navire. Pour éliminer une partie de ces inconvénients ou difficultés, l'idée initiale avait étiez de concentrer la réserve totale résiduelle de gaz liquéfié, nécessaire à la mise et au maintien en froid des cuves, dans une seule de ces cuves au lieu de la répartir entre toutes les cuves, c'est-à-dire- au lieu de conserver une réserve individuelle dans chaque cuve. Unetelle concentration dans une cuve unique, si elle réduit effectivement le risque de désamorçage des pompes, pose cependant le problème et l'inconvénient du taux de remplissage critique qui risquealors d'être atteint ou dépassé. Une solution plus perfectionnée consisterait donc à stocker la réserve résiduelle de gaz liquéfié dans une cuve plus petite, de capacité suffisante pour contenir la quantité -minimale nécessaire de gaz liquéfié pour assurer le maintien en froid de toutesles cuves et suffisamment remplies pour éviter tout phénomène de désamorçage en présentant un coefficient de remplissage supérieur au taux critique précité, de façon à éviter tout phénomène d'hydrodynamique préjudiciable Il se pose cependant alors le problème de loger cette cuve supplémentaire en un emplacement approprié Si l'on envisage en effet de loger cette cuve supplémentaire dans la cale du navire, par exemple à la suite- de la série des cuves qui'y trouvent déjà, cela implique l'inconvénient de prévoir un cofferdam supplémentaire et d'augmenter la longueur du navire en rendant ainsi sa construction plus coûteuse, donc en accroissant le prix de celui-ci L'invention a donc principalement pour but de supprimer les inconvénients et difficultés précités en créant un procéda de mise et de maintien en froid des cuves d'un navire-citerne de transport de gaz liquéfié à basse température, tel que du gaz naturel liquéfié, pendant au moins une partie de la durée du voyage maritime de retour à vide et du type consistant à vaporiser, dans chaque. cuve, du gaz liquéfié prélevé sur une fraction résiduelle de la cargaison subsistant après déchargement au port terminal de destination.Ce procédé conforme à l'invention est caractérisé en ce que l?on constitue et l'onconserve, -sur le navire précité pour alimenter la vaporisation précitée, au moins une réserve, par exemple centralisée, de gaz liquéfié indépendante et extérieure aux cuves précitées et aux cales dudit navire, à partir de laquelle le gaz liquéfié réfrigérant à vaporiser est distribué à au moins certaines desdites cuves et introduit dans celles-ci Conformément à encore une autre caractéristique de l'invention, on stocke sous pression chaque réserve de gaz liquéfié précitée et l'on utilise la charge créée par dite pression comme moyen d'impulsion et de déplacement pour véhiculer le gaz liquéfié, prélevé sur chaque rés-erve, pour l'amener aux cuves à refroidir et à réfrigérer. L'invention vise également un dispositif sur navire-citerne de transport de gaz liquéfié à basse température, pour l'exécution du procédé précité et ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend au moins une enceinte calorifugée d'emmagasinage pour la réserve de gaz liquéfié réfrigérant précitée, formant réservoir clos auxiliaire placé extérieurement à l'espace intérieur de la coque dudit navire et de préférence sur un pont principal ou supérieur de celui-ci, chaque réservoir étant relié par un système de tuyauteries, canalisations ou conduites analogues de distribution, aux cuves associés à refroidir.Cette disposition est avantageuse parce qu'elle permet d'avoir recours à un ou plusieurs réservoirs plus petits qui sont d'une capacité suffisante pour contenir la réserve totale résiduelle nécessaire de gaz liquéfié pour maintenir en froid l'ensemble des cuves,. tout en présentant chacun un niveau de remplissage largement supérieur au taux critique correspondant à ce réservoir. Par ailleurs en ce qui concerne d'emplacement pour loger chacun de ces réservoirs, la disposition conforme-à l'invention, consistant à disposer chaque réservoir supplémentaire ou auxiliaire sur le pont du navire, est avantageuse puisque l'os y dispose de toute la place nécessaire et suffisante sans nécessiter des modifications ou changements quelconques dans les aménagements actuels internes du navire. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque réservoir auxiliaire précité est du type cryogénique à pression et d'use capacité suffisante pour assurer la mise et le maintien en froid des cuves qui lui sont associées lors du voyage de retour à vide. L'emploi d'un tel réservoir sous pression présente l'avantage que la pression, régnant dans le réservoir ; peut servir de force motrice pour refouler le gaz liquéfié dans les tuyauteries desservant les cuves associées et alimenter ainsi les rampes de pulvérisation précitées pour effectuer la vaporisation réfrigérante précitée, de sorte que les pompes de vaporisation pour maintien en froid ne sont plus nécessaires et peuvent être supprimées. Par ailleurs, ces réservoirs auxiliaires constituent une capacité de transport supplémentaire et peuvent être remplis en même temps que les cuves principales lors du voyage en charge du navire. L'invention permet donc de résoudre le problème technique posé d'une façon efficace, sûre et fiable en permettant de réaliser des économies substantielles par simplification des installations du navire. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts caractéristi- ques, détails et avantages de celles-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative qui va suivre en se reportant aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif illustrant un mode de réalisation actuellement préféré de l'invention et dans lesquels - la figure 1 représente une vue de côté en élévation d'un navire-citerne de transport de gaz naturel liquéfié, avec arrachement d'une partie de la muraille ou du bordé de flanc de la carene pour montrer l'intérieur des cales du navire - la figure 2 est une vue de dessus en plan du navire précité ; et - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale par le plan de section horizontal suivant la ligne III-III de la figure f, montrant la disposition des cuve de gaz naturel liquéfié. Selon l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, le navire méthanier, désigné d'une façon générale par le chiffre de préférence 1, à ses superstructures telles que le château et-ses aménagements tels que la salle des machines 2 situés à l'arrière, de sorte que la partie située en avant de ceux-ci est occupée en majeure partie par les cuves 3- de transport de gaz naturel liquéfié, par exemple au nombre de cinq, disposées en une rangée longitudinale occupant sensiblement toute la largeur du navire, les cuves étant séparées les unes les autres et des parties respectivement-arrière et extrême avant du navire par des cofferdams appropriés 4 (voir figures 1 et 3) Chaque cuve comprend par exemplBtu;;e partie intermédiaire de forme prismatique et des bases respectivement supérieure et inférieure sensiblement en forme de pyramide tronquée, bien qu'évidemment tout autre forme appropriée, telle que-par exemple parallélépipédique ou sphérique, puisse convenir également. Ces cuves peuvent être du type soit autaporteur, soit intégré et la partie supérieure des cuves dépasse généralement en saillie au-dessus du pont supérieur 5 du navire en étant recouverte par une structure surélevée convexe formant coffrage de tambour de réhaussement dit trunk deck 6 enveloppant le sommet des cuves. A l'état rempli, il subsiste, dans chaque cuve au-dessus de la surface supérieure du liquide, un espace vide d'un volume relatif d'environ 2 % de la capacité dela cuve pour la -phase gazeuse de la cargaison liquide. Chaque cuve 3 est surmontée d'au moins un mit 7 s'élevant au-dessus du pont et du trunk deck et servant de cheminée pour évacuer à l'air libre les gaz sortant des soupapes de surjeté équipant chaque cuve. Une plate-forme centrale transversale 8 est prévue approximativement au milieu du navire et s'étend sensiblement sur toute la largeur du pont supérieur de celui-ci. Cette plate-forme donne notamment accès aux traverses 9 formant tuyauteries de chargement et de déchargement de la cargaison liquide qui sont destinées à être raccordées à des tuyauteries correspondantes à terre par l'intermédiaire de bras mobiles de chargement et de déchargement qui sont manipulés au moyen d'un appareil de levage approprié tel qu'un mit de charge 10 pour raccorder les bras de chargement aux traverses 9 et pour les désaccoupleqde celles-ci (voir figure 2). Sur le trunk deck 6 sont prévues des passerelles ou coursives de eirculation formant passavants ou analogues il permettant d'accéder à l'appareillage situé au sommet de chaque cuve ainsi qu'à la plate-forme centrale 8 notamment pour pouvoir y manoeuvrer les vannes sur les traverses 9 et autres organes de réglage.Les traverses 9 peuvent être alimentées de chaque côté du navire et,à cet effet, il est prévu deux mâts de charge 10 situés respectivement vers chaque côté respectivement bâbord et tribord du navire pour permettre la manutention des bras de chargement du cêté ou le navire est accosté au quai ou à l'appontement. Le pont supérieur comprend en autre un local 12 destiné à contenir divers équipements tels que des compresseurs, des réchauffeurs, etc. Conformément à l'invention, il est prévu au moins un et de préférence deux réservoirs auxiliaires t3 (voir figures1 et 2) destinés à contenir la quantité de gaz liquéfié nécessaire au prérefroidissement et au maintien en froid des cuves 3 pendant le voyage maritime de retour du navire. Chaque réservoir auxiliaire 13 a une forme de préférence sensiblement cylindrique et est à position relative couchée ou horizontale en ayant son axe longitudinal sensiblement parallèle à la direction longitudinale du navire. Les deux réservoirs 13, qui sont de préférence sensiblement identiques, sont avantageusement placés symétriquement par rapport au plan vertical longitudinal médian du navire 1 sur des parties latérales correspondantes du pont supérieur 6 dudit navire, respectivement de chaque côté du trunk deck 6 en étant disposés au moins approximativement vers le milieu du navire, par exemple sous la plate-forme8 comme le montre la figure 2. Chaque réservoir auxiliaire 13 comprend avantageusement, d'une façon connue en soi, un récipient autoporteur intérieur fermé étanche à pression ainsi qu'une enveloppe extérieure entourant et éventuellement supportant ledit récipient avec interposition d'une couche intermédiaire de matière thermiquement isolante. Le récipient intérieur est en une matière non fragile aux basses températures, par exemple en le même-métal noble que celui constituant les cuves 3. Un système de tuyauteries approprié relie les réservoirs auxiliaires 13 aux cuves 3. Chaque réservoir auxiliaire 13 peut desservir l'ensemble des cuves 3 ou bien certaines cuves seulement tandis que 'es autres cuves restantes sont desservies par l'autre réservoir auxiliaire 13. Ces cuves 3 sont généralement destinées à contenir du gaz naturel liquéfié à une pression voisine de la pression atmosphérique. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisans, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICAT I0N 1. Procédé de mise et de maintien en froid des cuves d'un navire-citerne de transport de gaz liquéfié à basse température tel que du gaz naturel liquéfié, pendant au moins une partie de la durée du voyage maritime de retour à vide, du type consistant à vaporiser, dans chaque cuve, du gaz liquéfié prélévé sur une fraction résiduelle de la cargaison subsistant après déchargement au port terminal de destination, caractérisé en ce que l'on constitue et l'on conserve, sur ledit navire pour alimenter ladite vaporisation, au moins une réserve par exemple centralisée de gaz liquéfié indépendante et extérieure ulLxdites cuves et aux cales dudit navire à partir de laquelle le gaz liquéfié réfrigérant à vaporiser est distribué à au moins certaines desdites cuves et introduit dans celles-ci. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on stocke sous pression chaque réserve de gaz liquéfié précitée et on utilisera charge, créée par ladite pression comme moyen d'impulsion-et de déplacement pour véhiculer le gaz liquéfié, prélevé sur chaque réserve, pour l'amener aux cuves à refroidir et à- réfrigérer. 3. Dispositif sur navire-citerne de transport de gaz liquéfié à basse température, pour l'exécution du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une enceinte calorifugée d'emmagasinagapour la réserve de gaz liquéfié réfrigérant précitée, formant réservoir clos auxiliaire placé extérieurement à l'espace intérieur de la coque dudit navire et de préférence sur un pont principal ou supérieur de celui-ci et relié par un système de tuyauteries, canalisations ou conduites analogues de distribution aux cuves associés à prérefrsidir. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque réservoir auxiliaire précité est du type cryogénique à pression et d'une capacité suffisante pour assurer la mise et le maintien en froid des cuves qui lui sont associées lors du voyage de retour à vide. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque réservoir auxiliaire précité comprend, d'une façon connue en soi, un récipient autoporteur intérieur fermé étanche à pression, de préférence de forme sensiblement cylindrique et à position relative couchée ou sensibl ment horizontale ainsi qu'une enveloppe extérieure entourant et éventuellement supportant ledit récipient avec interposition d'une couche intermédiaire de matière thermiquement isolante. 6. Dispositif selon au moins l'une quelconque des revendica tions à å 5, caractérisé par au moins deux réservoirs auxiliaires précités, de préférence sensiblement identiques, placés symétrique ment par rapport au plan vertical longituainal médian du navire précité sur des parties latérales correspondantes du pnnt supérieur dudit navire, respectivement de chaque côté d'une structure surélevée de trunk deck formant coffrage de tambour de réhaussement recouvrant la partie supérieure saillante des cuves, lesdits réservoirs étant placés au moins approximativement vers le milieu du navire sous une plate-forme d'accès comportant les traverses de chargement et de déchargement-desdites cuves. 8. Navire-citerne de transport de gaz liquéfié à basse température, tel que du gaz naturel liquéfié, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'un dispositif selon au moins l'une quelconque des revendications 3 à 6.