Brevet FR2343689A1 — publié le 19771007

La présente invention a pour objet des procédés de levage hydropneumatique des toits de réservoirs metalliques à parois verticales et les toits correspondants. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des réservoirs metalliques à parois verticales conportant un toit bonté, par exemple des réservoirs cylindriques de grand diamètre,à toit sphérique,destinés à stocker des produits pétroliers ou de l'eau. La construction des toits de réservoirs metaîliques de grandes dimensions soulève de grandes difficultés. Si on cherche à construire le toit en place, une fois la robe verticale construite, il faut mettre en place des échafaudages de travail très onéreux. Pour pallier ces difficultés, il est déjà connu de construire le toit dans le fond du réservoir, de le lever ensuite puis de le raccorder sur le sommet de la robe. Pour effectuer le levage, on peut utiliser des engins de manuten- tion mais dans le cas de réservoirs de grandes dimensions, compte tenu des portées et du poids du toit qui peut être supérieur à 1000 KN, il faut disposer d'engins de levage tres puissants et cette opération de levage devient onéreuse. Par suite du cout d'immobilisation de tels engins de levage elle doit être réalisée rapidement une fois la robe du réservoir terminée. Afin d'éviter le coût et les inconvenients de cette opération de levage, on a déjà effectué le levage pneumatique du toit en l1équipant à la périphérie d'une garniture d'étanchérté et en remplissant d'air comprimé l'espace compris entre le toit et la robe. 2 Une pression de l'ordre de 10 gr/cm2 suffit an effet à lever un toit ayant un rayon de 20 m et un poids de 1200 EN. te procédé de levage nécessite cependant que l'on régule soigneusement la pression de l'air comprime qui doit équilibrer exactement le poids du toit. La nécessité d'installer une garniture d'etanchelte à la périphérie du toit entratne des frais et I'étanchérté de cette garniture doit rester bonne quel que soit l'état de surface de la paroi interne de la robe et les déformations de celle-ci. La présence de cette garniture crée des difficultés pour l'accostage et la fixation du toit sur le haut de la robe. Ce procédé de levage pneumatique est donc délicat et ne peut être utilisé qu'avec beaucoup de précautions. On a également utilisé des procédés de levage hydraulique du toit dans lesquels le toit est posé sur des flotteurs qui le maintiennent sur l'eau. Il suffit donc de remplir le réservoir d'eau pour lever le toit. Cette méthode est tres sure et elle permet de lever le toit pro gressivement pendant la construction. Elle présente cependant un grave défaut du fait qu'elle nécessite la construction de flotteurs très importants, capables d'exercer une poussée de l'ordre de 1000 KN ou plus, lesquels doivent être démontés et sortis hors du réservoir lorsque le toit a été fixé à la robe. L'objectif de la présente invention est de procurer un procédé de levage hydropneumatique d'un toit de réservoir métallique qui cumule les avantages des procédés de levage pneumatique et hydraulique, c'est-à-dire un procédé de levage sûr, permettant un levage progressif pendant toute la durée de la construction du réservoir,sans avoir à construire des dispositifs coûteux tels que des flotteurs capables de supporter le poids du toit. Cet objectif est atteint au moyen d'un procédé suivant lequel, après avoir construit le toit dans le fond du réservoir, on remplit le fond du réservoir d'eau qui forme un joint étanche à l'air à la périphérie du toit, on emprisonne entre toit et la surface de l'eau un volume de gaz que l'on comprime sous une pression telle que la poussée exercée sous le toit équilibre le poids du toit et on leve le toit qui flotte sur l'eau en remplissant le réservoir d'eau. On construit à la périphérie interne du toit une jupe continue dirigée vers le bas, de préférence une jupe cylindrique ayant un diamitre inférieur au diametre interne de la robe du réservoir si celui-ci est cylindrique. Cette jupe a pour effet que le niveau de l'eau à l'extérieur du toit se situe plus bas que le bord inférieur du toit et elle permet d'effectuer le raccordement du toit au bord de la robe. La hauteur de la jupe qui déborde au-dessous du bord du toit doit être au moisas égale à la hauteur de la colonne d'eau qui équilibre la pression du volume de gaz emprisonné. Une fois le toit levé et fixé à la robe, on perce cette jupe et on la laisse en place. Cette jupe renforce la jonction du toit à la robe car elle participe à la résistance aux efforts horizontaux et on peut la prendre en compte dans le calcul de la jonction du toit. Cette jupe remplit une autre fonction. Elle permet d'avoir une hauteur de garde suffisante entre le bas de la jupe et le niveau de liteau sous le toit pour éviter qu'en cas de dilatation du volume d'air emprisonne, de l'air ne puisse s 'échapper par la périphérie. Lors de la construction du toit, on appuie la périphérie de celui-ci sur des supports fixés à la paroi interne de la robe à une hauteur telle que le bas de la jupe soit légèrement surélevé au-dessus du fond du réservoir. Selon un procédé de construction d'un réservoir métallique à parois verticales utilisant un procédé de levage selon l'invention, on construit le toit dès que les premières viroles de la robe ont été construites, on rem plit progressivement d'eau la partie de la robe déjà construite et on utilise le dessus du toit coupe plancher de travail. Selon un mode de réalisation préférentiel, on raccorde le volume de gaz emprisonné souple toit d'une part à un compresseur et, d'autre part, à un orifice d'échappement au moyen de deux canalisations munies de vannes et on manoeuvre les vannes pour maintenir le niveau du plancher sensiblement constant par rapport au niveau de l'eau pendant le levage et pour maintenir la pression du gaz emprisonné sensiblement constante pendant la soudure du toit à la robe. Selon une autre caractéristique de l'invention, on equipe le toit de stabilisateurs afin d'éviter qu'il ne puisse chavirer du fait qu'il ne présente pas de stabilité de forme. Dans un mode de réalisation préférentiel, les stabilisateurs sont constituées de plusieurs câbles, au moins trois, accrochés dans le fond du réservoir et srenrouljet sur des treuils placés sur le toit. De préférence, lesdits cules sont maintenus tendus de sorte que le volume de gaz emprisonné est en légère surpression par rapport à la pression qui équilibre le poids du toit. Cette solution présente l'avantage, lorsqu'on utilise le toit comme plancher de travail, que l'on peut faire varier la tension des c bles pour compenser les variations de pression du gaz emprisonné dues à des variations de température de sorte que le volume de gaz emprisonné reste constant et que le niveau du toit ne varie pas. Le résultat de l'invention est un moyen de. levage des toits de réservoirs métalliques qui convient aux toits de grandes dimensions. Ce procédé de levage s'applique à tous les toits présentant une convexité vers le bas qu'ils soient sphériques, coniques ou elliptiques. Par rapport aux procédés de levage pneumatiques, le procédé selon l'invention présente l'avantage de ne nécessiter aucun joint à la périphérie du toit, où ltétanchélté à l'air est assurée par un joint d'eau de façon simple et très fiable quels que soient l'état de surface et les déformations de la robe. Par rapport aux procédés de levage hydraulique au moyen de flotteurs, le procédé selon l'invention présente l'avantage de supprimer la construction des flotteurs et le démontage ultérieur de ceud. Les procédés de levage selon l'invention permettent de lever le toit progressivement avec une grande sureté, ce qui ameliore la sécurité de travail du fait que la hauteur des chutes accidentelles à l'intérieur du réservoir est réduire. De plus, on peut utiliser le toit comme plancher de travail ce qui supprime la nécessité de construire desEechafaudages de travail. Le toit a une flottabilité élevée et peut supporter des charges. Notamment il peut porter le compresseur et également un appareil de levage pour approvisionner le chantier de montage en matériel et en tôles. Le remplissage progressif de la robe en cours de construction présente l'avantage de maintenir celle-ci parfaitement circulaire. I1 présente également l'avantage de produire un tassement progressif des fondations du réservoir et celui-ci peut être mis en service dès qu'il est terminé. Enfin l'on sait que les réservoirs sont généralement soumis, avant d'être mis en service, à une épreuve hydraulique qui entraîne la nécessité de ès remplir d'eau. L'eau nécessaire au levage hydropneumatique selon l'Invention est donc celle qui sert à cette épreuve. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent schématiquement un réservoir métallique en cours de construction. La figure 1 est une coupe verticale d'un réservoir en début de construction. La figure 2 est une coupe verticale d'un réservoiren fin de construction. La figure 3 est une coupe verticale d'un réservoir en cours de construction. Dans ces trois figures, le repère I désigne un réservoir à parois verticales, par exemple un réservoir cylindrique, composé d'une paroi verticale 2 appelée la robe et d'un toit 3 fixé sur le bord supérieur de la robe. Le toit a, par exemple, la forie d'une calotte sphérique 3a et comporte à sa périphérie une jonction biconique 3b qui est soudée au soneiet de la robe. Le procédé de levage de toit selon l'invention convient particulièrement bien pour construire des réservoirs comportant un toit muni d'une jonction biconique mais il est précisé que cette application n' est pas limitative. La figure 1 montre le début de la construction du réservoir. Le fond et plusieurs viroles superposées 2 sont déjà construites. Le toit 3 est construit à l'intérieur du réservoir, dans le fond de celui-ci. Des supports 4 sont fixés à la paroi interne du réservoir, à une certaine hauteur et le toit est construit en appui sur ces supports. En variante, les supports 4 peuvent être remplacés par une charpente provisoire posée sur le fond du réservoir. Le toit comporte, à sa périphérie interne, une jupe continue 5 dirigée vers le bas, par exemple une jupe cylindrique. Cette jupe dépasse au-dessous du bord inférieur du toit. Les supports 4 sont placés à une hauteur telle que le bord inférieur de la jupe 5 soit suréleve par rapport au fond du réservoir. Une fois le toit construit, on remplit d'eau 6 ou de tout autre liquide le fond du réservoir. Dès que le niveau du liquide 6 atteint le bord inférieur de la jupe 5, un volume d'air 7 se trouve emprisonné entre le toit, la jupe et la surface de l'eau et en continuant à remplir le fond du réservoir d'eau, ce volume d'air se trouve comprimé à une pression supérieure à la pression atmosphérique. La surpression de cet -air est matérialisée par la différence de hauteur hh entre le niveau de l'eau-à l'extérieur de la jupe et le niveau de l'eau à ltintérieur de la jupe. Dès que la surpression Ah équilibre le poids du toit celui-ci flotte sur le liquide et il suffit alors de remplir le réservoir d'eau progressivement pour lever le toit. La surpression Ah qui équilibre le poids du toit est relativement faible. Par exemple, pour un réservoir ayant un diamètre d'environ 53 m et un toit en forme de calotte sphérique pesant 1860 KN, la surpres 2 sion qui équilibre le poids du toit est de l'ordre de 8,4 gr/cm , soit une hauteur th = 84 mm. Les calculs et l'expérience montrent-qu'une telle surpression est rapidement atteinte. Par exemple pour le réservoir précédent muni d'une jupe cylindrique ayant un rayon de 26,2 m, Si la pression atmosphérique au 2 moment du remplissage était de 760 torrs,soit 10.332 Kg/m2, on calcule qu'une surpression de 83 mm est atteinte lorsque le niveau de l'eau s'est élevé à l'intérieur de la jupe d'une longueur il = 30 noei environ. La surpression Ah équilibre le poids du toit et reste donc constante quelles que soient les variations de température ou de pression atmpsphérique. Par contre si la quantité d1air emprisonné sous le toit reste constante, la hauteur A1 varie avec les variations de température et de pression atmosphérique. On calcule ces variations en appliquant la loi de Mariotte PV = RT à la quantité d'air emprisonnée. Pour le réservoir ayant les dimensions précédemment citées, on trouve qu'une variation de température AT de + 300 entraine,à pression atmosphérique constante, des variations de la hauteur A1 de l'ordre de + 400 mm. De meme une variation de la pression- atmosphérique de + 40 tor température constante,entraîne une variation de la hauteur dl de l'ordre de + 500 mm. Ces chiffres montrent qu'il vaut mieux ne pas emprisonner une quantité d'air constante car les variations de volume et donc de la hauteur du toit au-dessus du niveau de l'eau, sont relativement importantes. Pour les éviter, on équipe le toit d'un orifice d'échappement 8 muni d'une vanne 8a ou d'une soupape tarée qui permet de faire échapper une partie de l'air emprisonné pour augmenter la garde d'eau Al au moment du remplissage et l'amener par exemple à 500 mm et pour éviter les soulèvements du toit en cas d'augmentation de température ou en cas de diminution de la pression atmosphérique. De même, on équipe le toit d'une tuyauterie 9 équipée d'une vanne 9a et connectée sur un compresseur 10 ou un ventilateur. On peut ainsi insuffler sous le toit une quantité supplémentaire d'air pour éviter la descente du toit en cas de chute de température ou d'accroissement de la pression atmosphérique. De préférence, le compresseur 10 est monté sur le toit lui-même de sorte qu'il suit les déplacements de celui-ci et comme les variations de température et de pression atmosphérique sont relativement lentes, les vannes 8a et 9a peuvent être manoeuvrées manuellement par un opérateur. La figure 2 représente une phase intermédiaire de la construction du réservoir pendant laquelle le toit 3 sert à supporter un plancher de travail 11 muni d'une rencarde de sécurité 12. Les ouvriers qui soudent les viroles constituant la robe se trouvent sur ce plancher de travail de meme que le compresseur 10. Le plancher porte à sa périphérie une voie de roulement circulaire 13 sur laquelle roule un engin de levage 14 par exemple un derrick ou une petite grue de chantier ayant une flèche 14a qui déborde hors de la robe. Afin de maintenir la stabilité du toit et d'éviter qu'il ne puisse s'incliner dangereusement ou mole chavirer, on l'équipe de stabilisateurs. Ces stabilisateurs sont constitués,par emple, par plusieurs cables 15, au moins trois, accrochés au fond du réservoir et fixés sur des appareils de traction 16, par exemple des treuils ou des tire-forts portés par le toit 3 ou le plancher de travail 11. Ces Cibles sont maintenus tendus de telle sorte que la surpression Ah est légèrement augnen- tée pour équilibrer a la fois le poids du toit et la tension des câbles. Par exemple la hauteur Ah passe de 83 mm à 100 meL Les variations de température ou de pression atmosphérique se traduisent par des variations de la tension des câbles qui se traduisent par des variations de la hauteur Qh. Un manomètre différentiel, par exemple un manomètre à eau, permet de mesurer la surpression th et l'opérateur peut maintenir celle-ci sensiblement constante en agissant sur les vannes 8a, 9a ou sur la tension des cllbles. Il est précisé que les câbles 15 pourraient être remplacés par d'autres stabilisateurs par exemple par des galets 17 portés par des supports 18, fixés à l1extérieur de la jupe 5 qui roulent le long de la robe 2 ou par des petits flotteurs d'équilibrage 19 fixés à la jupe 5. Cependant, les câbles tendus constituent un mode de réalisation préférentiel qui n'entrain aucune difficulté de démontage en fin d'opération, qui est economique et qui permet en meme temps de limiter les déplacements verticaux du toit par rapport à la surface de l'eau. Le plancher de travail 11 peut être équipé de grappins 20 fixes à l'extrémité de câbles 21 accrochés au toit. Ces grappins peuvent etre accrochés au bord supérieur de la robe pour supporter le toit en cas d'accident pour éviter que le toit ne sonore par exemple dans le cas où une déchirure de la jupe 5 ou du toit provoquerait une fuite du matelas d'air 7. La figure 3 représente le toit 3 en position d'accostage et de fixation en haut de la robe 2. La présence de la jupe 5 permet que la surface de l'eau à l'exté- rieur de la jupe 5 se trouve à un niveau inférieur à celui du haut de la robe 2. De ce fait l'eau ne risque pas de déborder hors du réservoir et ne gêne pas les travaux de fixation puis de soudure du toit et de la robe. Pendant les travaux de fixation du toit, celui-ci perd sa liberté de mouvement vertical par rapport au niveau de 11 eau et le volume de gaz emprisonné eat constant. Les variations de température et de pression atmosphérique risqueraient donc de faire varier dangereusement la surpression dh. On maintient celle-ci sensiblement constante en agissant sur les vannes d'échappement 8a et d'admission d'air 9a. On peut automatiser cette opération en utilisant des électrovannes 8a et 9a commandées automatiquement par un pressostat. Une fois le toit soudé, la jupe 5 est laissée en place. Avant de vider I'eau,des ouvriers viennent percer des orifices 22 dans le haut de la jupe pour éviter l'accumulation de gaz à l'intérieur de la jupe lorsque le réservoir est en service. Ces ouvriers operenttpar exemple en se servant d'un canot pneumatique 23 flottant sur l'eau. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers moyens qui viennent être décrits pourront étre remplacés par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1 - Procédé de levage hydropneumatique d'un toit de réservoir métallique à parois verticales après avoir construit ledit toit dans le fond du ré servoir, caractérisé en ce que l'on remplit le fond du réservoir d'eau, qui forme un joint étanche à l'air à la périphérie du toit, on empri sonne entre le toit et la surface de l'eau un volume de gaz que l'on conprime sous une pression telle que la poussée exercée sous le toit équilibre le poids du toit et on lève le toit qui flotte sur l'eau en remplissant le réservoir d'eau. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lton construit à la périphérie interne du toit, une jupe continue dirigée vers le bas qui déborde au-dessous du bord inférieur du toit. 3 - Procédé selon la revendication 2 pour lever le toit d'un réservoir cylindrique, caractérisé en ce que ladite jupe est cylindrique, a un diamètre inférieur au diamètre interne de la robe du réservoir et dé- borde au-dessous du bord inférieur du toit d'une hauteur au moins égale à la hauteur de la colonne d'eau qui équilibre la pression du volume de gaz emprisonné. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que une fois le toit levé et fixe à la robe, on perce ladite jupe et on la laisse en place. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'on construit ledit toit appuyé par sa périphérie sur des supports fixés, sur la paroi interne de la robe, à une hauteur telle que le bas de la jupe soit légèrement surélevé au-dessus du fond du réservoir 6 - Procédé de construction d'un réservoir metallique à parois verticales, en utilisant un procédé. de levage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on construit le toit dès que les premières viroles de la robe ont été construites, on remplit progressivement d'eau la partie de la robe déjà construite, et on utilise le dessus du toit corme plancher de travail et conme support d'un appareil de levage des tôles. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que on raccorde ledit volume de gaz emprisonné sous le toit à un compresseur d'une part et à un orifice d'echappement d'autre part, au moyen de deux canalisations munies de vannes et on manoeuvre ces vannes pour maintenir le niveau du plancher sensiblement constant par rapport au niveau de l'eau pendant le levage et pour maintenir la pression du gaz emprisonné sensiblement constante pendant la soudure du toit à la robe. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, caractérisé en ce que l'on équipe ledit toit de stabilisateurs afin d'éviter qu'il ne puisse chavirer. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits stabi lisateurs sont constitués par au moins trois câbles accrochés dans le fond du réservoir, qui s'enroulent sur de treuils placés sur le toit. 10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits câbles sont maintenus tendus. 11 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'on équipe ledit toit de grappins fixés à l'extrémité de c - blesrpermettant de l'accrocher au bord supérieur de la robe en cas d'incident. 12 - Toit de réservoir métallique pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte la périphérie interne,une jupe dirigée vers le bas, qui dépasse le bord inférieur du toit et qui est percée d'orifices.