Brevet FR2230933A1 — publié le 19741220

@ presente invention concerne les reservoirs de stockage de produits crvogéniques du type à membrane, et plus spécialement la membrane qui fait partie de ces réservoirs et qui contient le liquide cryogénique. Le stockage de gaz à très basse température de condensaticn, tels que le gaz naturel, l'oxygène, l'éthylène, à l'état liquide et dans a zone des températures cryogéniques, satisfait depuis longtemps aux exigences du stockage industriel. Pour répondre pratiquement à ces exigences. il a fallu étudier et fabriquer des réservoirs de stockage de produits cryogéniques à double paroi, et les construire en matériaux spécialement destinés aux produits cryogéniques, par exemple en acier à 9% de nickel en acier inoxydable austénitique, en alliage d'aluminium, métaux qui ont une résistance suffisante aux températures cryogéniques.Mais le coût très élevé de ces matériaux, par rapport à l'acier ordinaire au carbone, a conduit à adopter très souvent des réservoirs dl. type à membrane; ceux-ci comprennent une membrane en tôle métallique mince, qui contient le liquide crvogén-que. et un réservoir extérieur qui supporte la pression de la colonne de liquide. transmise par une enveloppe intermédiaire isolante. La membrane n'est qu'une enveloppe étanche aux liquides, incapable de supporter la pression du fluide cryogénique. Mais, dans un réservoir du type à membrane, la membrane subit une contraction therrr.ique très importante, lorsqu'elle se refroidit jusqu'à la température de fonctionnement et, simultanément, le réservoir extérieur est l'objet d'une extension mécanique due à la pression du liquide. Dans le @@@ l'une membrane en alliage d'aluminium, pris à titre d'exemple, les détormations sous l'effet simultané de la concentration thermique et de l'extension mécanique dépassent 5000 microns par mètre; la valeur correspondante de la contrainte est supérieure à la résistance à la traction du matéria@. ce qui @ompromet la séc@rité du réservoir. La membrane comporte donc er général des rac@@rés de dilatation tels que le@rs changements de forme rel@chen@ les te@sions. Ces raccords le dilatation ont en général la forme de plis o@ de gaufrages. En ce qui concerne la fabrication, la soudure et le contrôle, il est recommandé de d@nner aux raccords de dilatation une forme aussi @im@@@e que possible, car la présence des raccords rend ces travaux diffi@iles, né@nmoins les formes des raccords de dilatation en service sont assez compliq@ées. Du point du vue de la fabrication, il vaut mieux former les raccords de dilatation par pliage qu'à la presse et, du point de vue de la soudure, il est préférable d'utiliser des raccords rectilignes, et d'éviter les intersections de ces raccords, afin de réaliser des soudures de bonne qualité et de pouvoir employer le soudage automatique. Du point de vue du centrale, les soudures doivent être les plus courtes possibles, ce qui réduit les risques de soudure défectueuse. L'invention concerne un genre nouveau de membrane pour réservoir de stockage de produits cryogéniques, doté de raccords de dilatation convenables, appelés ci-dessus plis, conçus pour répondre autant que possible aux exigences ci-dessus, relatives à la fabrication, à la soudure et au centrale. Le réservoir de stockage de produits cryogéniques du type à membrane, selon l'invention, se compose d'un réservoir externe en acier au carbone ou en béton, du type à paroi cylindrique avec un fond plat et un toit de forme sphérique, d'unie couche d'isolant thermique placée dans le réservoir externe, dont la résistance mécanique est suffisante pour supporter la pression du liquide et la transmettre au réservoir externe, et d'une membrane qui fait partie du réservoir et qui comprend une membrane de paroi et une membrane de fond. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une coupe verticale d'une forme de réservoir du type à membrane selon l'invention; - la figure 2 est une coupe horizontale suivant A.A de la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, des détails de la membrane selon l'invention; - la figure 4 met en lumière le comportement de la membrane de fond selon l'invention; - les figures 5a, 5b représentent des exemples de plis. Dans le mode de réalisation avantageux décrit ciaprès, le meme numéro de référence désigne le même élément sur tous les dessins. Le réservoir extérieur comporte une paroi cylindrique 1, un fond plat 2 et un toit de forme sphérique 3. Le dispositif d'isolation thermique se compose d'un isolant de paroi 4, d'un isolant de fond 5 et d'un isolant de toit 6. Un isolant renforcé 7 est prévu à la jointure entre l'isolant de paroi 4 et l'isolant de fond 5. La membrane comprend une membrane de paroi et une membrane de fond, dont la jointure est étanche aux liquides. La membrane de paroi comprend des plaques 8 et des plis droits verticaux 9. La membrane de fond comprend une plaque centrale 10, des plaques triangulaires 11, un pli circulaire 12 et des plis droits horizontaux 13. La ligne de raccord entre la membrane de paroi et la membrane de fond est renforcée par des joints 14 ancrés dans isolant renforcé 7 par des organes d'ancrage 15. Sur les figures 1, 2 et 3, le réservoir extérieur comporte une paroi cylindrique 1, un fond plat 2 et un toit de forme sphérique 3. Ce réservoir extérieur est construit et ancré sur une fondation convenablement protégée du gel et du gonflement du sol. Le réservoir extérieur, en acier en carbone ou en béton, est étanche aux gaz; la paroi 1 et le fond 2 ont une résistance suffisante pour supporter la pression de la colonne de liquide et la pression du gaz. Le dispositif dtisolation se compose d'un isolant de paroi 4, d'un isolant de fond 5, d'un isolant de toit 6 et d'un isolant renforcé 7. L'isolant de paroi 4 et l'isolant de fond 5, construits habituellement en matériaux d'isolation cellulaires ou analogues, ont une résistance à la compression suffisante pour supporter la pression de la colonne de liquide.L'isolant de toit 6, construit habituellement en matériaux fibreux, granulés ou analogues, peut se monter au-dessous du toit 3 du réservoir extérieur, ou sur une plate-forme, lorsqu'unie plate-forme suspendue sert de plafond à la membrane. L'isolant renforcé 7 a une résistance mécanique suffisante pour fixer la membrane sur les joints de renfort 14 par les organes d'ancrage. Cet isolant renforcé 7 peut etre un mortier de béton perlitique ou un autre matériau isolant. La membrane de paroi, construite en acier inoxydable austénitique, en alliage d'aluminium, ou en un autre matériau destiné aux emplois cryogéniques, comprend les plaques 8 et les plis droits verticaux 9. En principe, les plaques verticales 8 n'ont pas besoin de charpente, ce qui est très avantageux. Les plis droits verticaux 9, qui sont des raccords de dilatation destinés à absorber les tensions, comme on l'a indiqué plus haut, sont en principe formés par cintrage. Il est possible de souder verticalement la membrane de paroi le long des plis droits verticaux 9, ce qui permet de procéder par soudage automatique et d'obtenir une soudabilité satisfaisante. Les plis droits verticaux 9 peuvent prendre la forme représentée sur les figures 5a et 5b. Un cordon de soudure le long des bords, réalise l'assemblage des plis 9 représentés sur la figure 5a. La déformation de flexion des plis 9 permet de relacher et d'absorber l'effort thermique sur la membrane et l'effort mécanique d'éxtension le long de la circonférence du réservoir extérieur. Les déformations thermiques et mécaniques suivant la verticale ne subissent pas d'entrave, mais peuvent se produire librement. Il est possible de monter la membrane de paroi sur l'isolant de paroi 4 de telle façon que cette membrane puisse glisser verticalement sans gêne particulière, ou bien de la suspendre au toit 3 du réservoir supérieur, pour qu'elle puisse glisser verticalement sur la face interne de l'isolant de paroi 4. La membrane de paroi est reliée à la membrane de fond à la jointure. Les plis droits verticaux 9 correspondent aux plis droits horizontaux 13, afin de relacher aussi les tensions thermiques et mécaniques suivant la circonférence, et les plaques 8 correspondent aux plaques triangulaires 11 avec joints renforcés 14.Chacun des joints renforcés 14 est soudé bout à bout ouso'dés"r l'angle à une plaque 8 et à une plaque triangulaire 11, et il est ancré par un organe d'ancrage en un point, par exemple en un point marqué X sur la figure 4, à l'isolant renforcé 7, ou à la paroi 1 du réservoir extérieur, ou au fond 2 du réservoir extérieur. Comme chacun des joints renforcés 14 est fixé en un point, il peut tourner légèrement et permettre la rotation de la plaque triangulaire 11. Les joints renforcés 14 sont faits du meme matériau que la membrane, ou d'un matériau dont le coefficient de contraction thermique est très voisin de celui de 15 membrane, de sorte qu'aucun effort thermique important ne se produit aux joints de soudure. Les joints renforcés 14 sont, par exemple, des cornières ou des fers en U. La membrane de fond, faite du meme matériau que la membrane de paroi, ou d'un matériau dont la contraction thermique est très voisine de celle de la membrane de paroi, comprend la plaque centrale 10, les plaques triangulaires 11, le pli circulaire 12 et les plis droits horizontaux 13. En principe, la plaque centrale'l0 et les plaques triangulaires Il n'ont pas besoin de charpente, ce qui est très avantageux. Le pli circulaire 12, qui est une des caractéristiques marquantes de l'invention, absorbe très facilement, sans tension importante, la déformation thermique radiale de la membrane de fond, causée par la contraction thermique propre de cette membrane de fond.La plaque centrale 10 intérieure au pli 12 n'est pas fixée à l'isolant de fond 3, ni au fond 2 du réservoir extérieur et, lorsqu'elle se refroidit, elle subit la contraction thermique sans que ne survienne aucune tension thermique. Il est avantageux d'agrandir la plaque centrale 10 parce qu'elle n'a pas besoin de charpente spéciale. I1 est possible d'augmenter l'épaisseur de la plaque centrale 10 par rapport à d'autres éléments de '-; membrane et, même dans ce cas, il ne se produira de tensions thermiques importantes ni dans la plaque centrale, ni dans les parties voisines de la membrane. chacun des plis droits horizontaux 13, qui constituent l'autre caractéristique marquante de l'invention, est disposé de façon qu'une de ses extrémités soit tangente, ou presque tangente au pli circulaire 12, et que son autre extrémité corresponde à un pli vertical 9. La déformation thermique de la membrane de fond suivant la circonférence est absorbée par les déformations de flexion des plis droits horizontaux 13, qui se comportent, à la jointure de la membr@@e de paroi, de la meme façon que les plis droits verticaux 9.La déformation thermique radiale de la membrane de fond qui, par exemple, dépasse ll-O millimètres dans le cas d'un réservoir de gaz naturel liquide à membrane d'acier inoxydable de 40 mètres de diamètre, est absorbée par une rotation du pli circulaire 12 et de ia plaque centrale 10, rotation qui ronstitue un comportement caractéristique de la membrane selon l'invention Ainsi que le montre la figure 4, comme suite à la contraction thermique radiale de la membrane de fond, le pli circulaire 12 et la plaque centrale 10 de la membrane de fond tournent dans le sens de la flèche et la légère déformation angulaire entre le pli circulaire 12 et les plis droits 13 absorbe la contraction thermique radiale.Les plis droits horizontaux 13 et les plaques triangulaires 11 tournent comme l'indiquent: les flèches de la figure 4, en conséquence de la rotation des plis circulaires 12 et de la plaque centrale 10. Comme on l'a déjà dit, les plis droits horizontaux 13 sont tangents, ou presque tangents au pli circulaire 12; leurs extrémités sont fixées convenablement aux joints renfor@és 1 Ti sont ancrés par des organes d'ancrage appropri4s; ils sont disposés à intervalles réguliers.Par conséquent, le pli circulaire 12 subis une traction uniforme, de direction tangentiel@e ou presque tangen tieile. exercée par les plis droits horizontaux 13. de la sorte, ni le pli circulaire 12, a@ la plaque 10 ne sont l'objet de déformations irrégulières. Puisque l'intervalle entre les plis droits horizontaux 13 est constant, et que ces pls sont tangerts 711 presque tangent au pli circulaire 12, une légère déformation triangulaire entre les plis droiLs horizontaux 13 et le pli circulaire 12 absorbe une forte contraction thermique radiale; les tensions thermiques sont donc aussi faibles que possible. Si la contrac tion thermique de la membrane de fond n'est pas très forte, une plaque circulaire assez rigide, qui ne subit pas de déformation radiale, peut remplacer la combinaison du pli circulaire 12 et de la plaque centrale 10. Comme on l'a déjà vu, selon l'invention, la formation des plis droits verticaux 9, du pli circulaire 12 et des plis droits horizontaux 13 peut se faire principalement par simple cintrage ou bien par simple cintrage et soudure. Les plis 9 et 13 sont droits et le pli 12 est circulaire de rayon constant; ces figures sont simples et faciles à former et à souder. Si les joints de soudure sont disposés parallèlement aux plis 9, 12 et 13, il est possible d'utiliser la soudure automatique. Les plis décrits ci-dessus absorbent les déformations thermiques et mécaniques de la membrane de paroi et, également, sans qu'il se produise de tension appreciable, les déformations thermiques de la membrane de fond suivant les rayons et le long de la circonférence. Les plis droits verticaux 9 et les plis droits horizontaux 13 se rencontrent à la jointure; il n'y a donc ni différence de comportement entre eux, ni tensions dangereuses. En outre, comme la forme de la membrane est simple, la fabrication et la soudure en sont aisées. En variante de l'invention, la membrane de fond peut comporter deux ou plusieurs plis circulaires, Bien entendu, diverses modifications peuvent entre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'entre décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATION Réservoir pour fluides cryogéniques du type à membrane, composé d'un réservoir extérieur à paroi cylindrique, fond plat et toit de forme sphérique, d'un isolant posé uniformément sur toute la paroi interne du réservoir extérieur, et d'une membrane fixée sur la paroi interne de cet isolant et caractérisé en ce que la membrane comprend une membrane de paroi avec des plis droits verticaux et une membrane de fond avec un pli circulaire et des plis droits horizontaux qui relient le pli circulaire et les plis droits verticaux, et en ce que les organes de raccord entre la membrane de paroi et la membrane de fond sont ancrés, de façon directe ou indirecte, au réservoir extérieur.