Brevet FR2397590A1 — publié le 19790209

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'isolation incombustible de réservoirs de stockage de fluides à température négative. D'une manière générale, on sait que les réservoirs et les gros appareils contenant des fluides, souvent dangereux, dont la température est inférieure à OOC reçoivent, tout comme les tuyauteries, une isolation destinée à limiter les déperditions ainsi qutà lutter contre la condensation. Cette isolation doit être revêtue d'un écran pare-vapeur ayant pour but de freiner au maximum la migration de la vapeur d'eau, dans l'air ambiant, vers la face froide de ces matériels Dans la mesure ou la barrière étanche n'est pas absolue, une petite quantité de vapeur réussit à traverser écran et isolement et vient se déposer, sous forme de givre et de glace aux endroits les plus froids Contrairement à ce qui se passe dans les chambres froides où les entrepôts frigorifiques dans lesquels les ailettes des évaporateurs constituent un piège, dans les installations industriel- les c'est la face externe du réservoir qui reçoit cette condensation impossible à éliminer.La formation de glace a donc tendance à augmenter progressivement de volume, à traverser 1 ' isolation qui stinprbgne également et voit ses caractéristiques de conductibilité se modifier et en conséquence sa qualité s'altérer. Le rôle dea pare-vapeur est donc fondamental; toutefois il s'avère que les écrans parfaits n'existent pratiquement pas, mis à part la tôle soudée et certains matériaux plastiques en feuilles dont les joints sont parfaitement soudés ou stratifiés. Il n'en demeure pas moins qu'à ce suret les principaux inconvénients des exécutions traditionnelles résident dans le fait qu'il est impossible de voir ce qui se passe au niveau de la face externe des matériels isolés et que, par ailleurs il est pratiquement impossible de contrôler la parfaite étanchéité des soudures ou raccords. Un premier but de l'invention est de supprimer ces inconvé nient s. Par ailleurs, dans les exécutions courantes, il est pratiquement impossible d'arriver à des solutions totalement incombustibles - soit parce qu'elles font intervenir des matériaux isolants combustibles classés M4, Mg, M2 ou M1 (dans les normes actuelle ment en vigueur) mis à part la mouise de verre, les silicates de calcium ou les laines minérales. - soit parce que les matériaux d'assemblage etceux condibsntle pare-vapeur ne sont pas incombustibles (classe Mo) à l'exception de la tôle. On notera à ce sujet que les panneaux de laine minérale sont de bons isolants, économiques, mais particulièrement hygroscope ques. Ils se gorgent d'eau et de glace à la moindre défaillance du pare-vapeur. Pour éviter cet inconvénient, la Demanderesse a pensé que la tôle soudée pourrait constituer un bon écran, sachant cependant qu'il serait très difficile de vérifier sa parfaitecontinuité et de pouvoir contrôler que les différentes ossatures destinées à le supporter sont parfaitement réalisées. Il est clair que l'association "laine minérale-tôle soudée", à condition de résoudre les problèmes précédemment mentionnés, apporte une solution s - incombustible, - étanche, qualites auxquelles il faut ajouter celles apportées par l'utilisation de la laine minérale, à savoir t - sa stabilité dimensionnelle, - sa souplesse et son élasticité permettant une mise en place en compression qui compense le mouvement de la tôle et assure la continuité de l'isolation. Ainsi d1une façon générale, l'invention a pour but un proc4- dé et un dispositif d'isolation de réservoirs de stockage de fluides à température négative qui, par l'emploi d'une association "laine minérale-tôle soudée" répondent aux critères les plus stricts d'incombustibilité et d'étanchéité, qui autorisent l'accès et les vérifications de la cuve et de ses organes annexes et fa enitent les contrôles,qui suppriment les risques de corrosion du -réservoir qui permettent la détéction,la localisation et la réparation des fuites et qui soient d'une grande fiabilité. Pour parvenir à ces résultats le procédé selon l'invention consiste essentiellement à utiliser comme complexe écran-isolation la combinaison "laine mindrale-tole soudée" et à séparer ce complexe écran-isolation du réservoir à isoler de sorte que s - l'isolement est fixé sur l'écran en tôle soudée et non sur ltappareil, - un espace de largeur suffisante est ménagé entre le com plexe écran-isolation, pour permettre l'accessibilité, la vEri- fication, le contrôle voire même l1entretien, tant du réservoir que de l'isolation et de l'écran, lequel demeure par ailleurs, toujours accessible de l'extérieur. Le susdit espace peut être suffisant pour y permettre d'ef- fectuer des-travaux (isolation, contrôle ...), d' placer des échelles ou des escaliers L'accès è cet espace peut par exemple se faire par l'intermédiaire de portes isothermiques étanches, du type entrepôt frigorifique. Selon d'autres caractéristiques du procédé selon l'invention: - la pression à l'intérieur de l'espace intermédiaire peut être régulée ou même limitée par exemple par l'utilisation de soupape de sécurité, - l'humidité accidentelle à l'intérieur dudit espace peut être piégée par exemple par la mise en place de pôles plus froids, - la lame d'air à l'intérieur dudit espace peut être refroidie, - l'atmosphère à l'intérieur dudit espace peut être constitué par un gaz inerte, par exemple un balayage d'azote. Ainsi un dispositif d'isolation selon l'invention peut com- prendre t - un complexe écran-isolation comprenant, en tant qu'écran,une parei extérieure en tôle soudée ou analogue et comme élément d'isolation, au moins une couche de laine minérale fixée sur la face interne de ladite paroi, ce complexe entourant le réservoir sur au moins une partie de sa surface externe, un espace de largeur suf- fisante étant ménagé entre ledit complexe et ladite cuve pour que l1on puisse y accéder. On sait par ailleurs, que les réservoirs sont conçus pour reprendre, outre les contraintes de la masse des produits stockés, les charges climatiques ou accidentelles. On peut donc leur répercuter, de façon répartie, les efforts auquels seront souris l'écran de tôles ce qui dispense celuici d'une charpente particulière. En conséquence, selon une caractéristique de l'invention, des éléments de liaison convenablement répartis sont prévus entre 11 écran de tôle et la paroi de la cuve; ces éléments de liaison peuvent être rigides et fixement assemblés sur ladite paroi et sur ledit écran. Ils peuvent être déformables et présenter une certaine élasticité, ou même être rigides et être articulés sur ledit écran ou sur ladite cuve. En outre, pour éviter la torma- tion de ponts de conduction thermique, la fixation des éléments dt liaison sur l'écran de tôle et/oa sur la cuve peut être réalisée au moyen de cales isothermiques selon des procédés connus. Il est à noter que l'écran ou peau étanche en tôle, par exemple en tôle galvanisée, éventuellement protégé à l'extérieur par laquage, présente une épaisseur suffisante pour permettre l'exécution de cordons de soudure rapides et de bonne qualité. La tôle de l'écran peut être pliée en nervures profondes de type de celles utilisées dans les silos et présentée sous forme de panneaux préfabriqués,avec,en particulier des fers plats ou des profilés tels que des cornières, des U ou des tés soudés en bout des ondes. Le complexe Scran-isolation peut comprendre des ouvertures permettant l'accès à l'espace le séparant de la cuve, ainsi que des portes isothermiques étanches du type de celles utilisées dans les entrepôts frigorifiques, ou même des Sas. Selon un mode d'exécution préféré de l'invention, le complexe écran-isolation comprend un bardage extérieur qui sert également d'élément de soutènement, sur lequel sont disposés horisontale- suent, au moyen de cales isothermiques, des profils constitués par un feuillard métallique en U, à ailes inégales dont la petite aile comprend une première partie repliée vers l'extérieur, tandis que la grande aile, qui vient se fixer sur lesdites cales, com- prend une deuxième partie replié vers l'extérieur, perpendicu- lairement à la petite aile. La portion repliée de la petite aile peut recevoir un élément plan, par ezemple une languette de tôlet et comporter des ouvertures dans lesquelles peuvent être disposés des rivets.Sur lesdites cales et ladite deuxième partie repliée repose une première couche de panneaux isolants, d'épaisseur correspondante à l'épaisseur desdites cales, retenue également par la partie repliée de la grande aile dudit profilé. L'âne de ce profilé supporte une deuxième couche de panneaux isolants laine tenue, d'une part, par la partie repliée de la petite aile, et, d'autre part, éventuellement par une languette de tôle disposée dans ladite partie repliée, sur laquelle des bacs métalliques constituant le bardage intérieur, peuvent être fixés, par exemple au moyen desdits rivets. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins an nexés dans lesquels t La figure 1 est une coupe axiale schématique d'une cuve équipée d'un dispositif d'isolation thermique La figure 2 est une coupe schématique selon A-A de la figure 1:: La figure 3 est une coupe verticale schématique, à plus grande échelle permettant de mettre en évidence les détails de réalisation du dispositif d'isolation thermique de la cuve représentée figures 1 et 2 La figure 4 est une vue en perspective schématique partielle du complexe écran-isolation La figure 5 est une coupe transversale verticale du complexe écran-isolation représenté figure 4 La figure 6 est une coupe partielle schématique représentant une liaison mécanique entre l'écran et la cuve. Avec référence aux figures 1 et 2 le réservoir 1 présente une forme sensiblement cylindrique à dôme hémisphérique, par exemple de 30 m de diamètre et 30 m de hauteur. Cette cuve i est renforcée de façon classique par des lianes circulaires 2, 3 coaxiales convenablement réparties le long de la paroi externe cylindrique lisses 2 et du dôme lisses 3. L'isolation thermique de cette cuve 1 est réalisée à l'aide d'un complexe écran étanche 4 - isolation 4' entourant la paroi cylindrique du réservoir 1 et recouvrant le dôme à une distance suffisante pour ménager un espace intermédiaire 5 accessible par exemple au personnel chargé du contrôle et de ltentretien. L'écran étanche 4 est réalisé à l'aide de tôles galvanisées 6 soudées se présentant sous forme de panneaux préfabriqués nervu rés 6'(figure 2) assemblés à l'extérieur par des profilés IPN verticaux 7 comme il sera décrit en regard des figures 4 et 6. L'inertie de ces panneaux nervurés 6' sur lesquels sont soudés en bout d'onde, des fers plats 8 (figures 4 et 6) et qui sont assemblés, d'une part, au moyen de profilés IPN 7 ainsi que d'autre part, à l'intérieur par d'autres fers plats 9 permet de conférer à l'ensemble de l'écran étanche 4 une structure de type auto-porteuse. Par ailleurs, les efforts dus aux charges climatiques ou accidentelles sont retransmis sur le réservoir au niveau des raidisseurs constitués par les profilés IPN 7 et les fers plats 8 et 9. 1) par des entretoises pendulaires 10 fixées ou articu- lées, d'une part, sur les lisses 3 fixes sur le dôme du réservoir 1 et, d'autre part, sur des pannes circulaires 11 sondées sur les raidisseurs associés aux tôles formant la parte ouverture de l'écran étanche 4. 2) Par des entretoises 12 fixées ou articulées, d'une part, sur les lisses 2 de la paroi cylindrique ou robe du réservoir 1 et, d'autre part, sur les raidisseurs verticaux de l'écran étan- che 4. Dans l'un et l'autre cas les entretoises 10 et 12 sont mu- nies de dispositif de rupture de pont thermique. Par ailleurs, ces entretoises 10 et 12 peuvent être conçues (selon les dimen- sions des ensembles et les températures) en forme de bielles afin d'absorber les dilatations différentielles. Une fois l'écran étanche 4 réalisé, on peut contrôler son étanchéité par des tests ou des essais de pression. La pose de l'isolation 4' qui consiste en des panneaux de laine de verre peut être ensuite effectuée à l'abris des intempéries à l'aide d'un minimum d'échafaudage. A cet effet le montage peut être réalisé, comme représenté figure 5, à l'aide de profilés 13 à ailes inégales 14 et 13 par exemple en tôle galvanisée. L'aile 14 comprend une partie repliée 13 extérieur au U constituant le profilé et parallèl. à ladite aile 8 de manière à former un pli longitudinal dans lequel peut être disposé une languette 16 ou des bacs métalliques dans le cas où on désire réaliser un bardage intérieur. L'aile 15 comprend une partie 17 repliée à angle droit vers 1'intérieur. Le profilé 13 se fixe sur l'écran étanche 4 par l'intermé- diaire de cales isothermiques 18 vissées sur l'aile 13. L'âne 19 du profilé 13 supporte une première couche de panneaux 20 qui sont maintenus latéralement d'un côté par les languettes 16 ainsi que par l'aile 14et de l'autre osté par l'aile 15 et par une deuxième couche de panneaux isolants 21. Cette deuxième couche de panneaux isolants 21 repose d'une part, sur les cales 18 et sur la partie repliée 17 du profilé 13 dans l'intervalle desdites cales 18. Cette deuxième couche de panneaux isolants 21 est maintenue latéralement d'une part, par la première couche 20 et, d'autre part, par l'écran étanche 4 et son garnissage 22. Pour éviter la propagation des courants de convection qui se propagent généralement à l'intérieur même des couches 20 et 21 de panneaux isolantes, un film 23 en matière thermiquement isolante par exemple en papier d'aluminium , est disposé au niveau de la surface de raccordement des panneaux isolants. On notera que la matière isolante(laine de verre) étant économique, on peut, à peu de frais augmenter son épaisseur et tenir compte du coefficient d'absorbtion thermique de l'écran 4 ainsi que de la surface d'échange développée de la tôle nervurée. Comme représenté figure 3, l'ensemble réservoir et complexe écran étanche et isolation, repose sur un radier, par exemple en béton et ce par l'intermédiaire d'un système d'isolation et d1 étanchéité. Ce système comprend tout d'abord un enduit de bitume 26 directement posé sur le radier de manière à assurer l'étanchéité. Au niveau de ltécran étanche 4, le radier 25 comprend une gouttitre circulaire 27, également enduite de bitume, et qui est remplie d'un composé de bitume et de latex dans lequel plonge la bordure inférieure de l'écran étanche 4, assurant ainsi ltStan- choit tout en réalisant un joint de dilatation. Sur l'enduit de bitume 26 est disposée, d'une part, une première couche de mousse de verre 28 sur laquelle repose, d'une part, une couronne de béton 29 portant le réservoir 1 au niveau de la jupe, et d'autre part, de chaque côté de la couronne 29 deux couches successives de mousse de verre 30, 31, 32 et 33. La couche supérieure de mousse de verre 31 située à l'int4- rieur de la couronne 29 porte une couche 34 de sable stabilisé et deshydraté sur laquelle vient en appui le fond 33 du rdser- voir 1 (ce sable permettant de compenser les irrégularités de forme du fond 35, du réservoir 1, et de répartir-uniformément les efforts exercés sur celui-ci). Par contre la couche supérieure 33 de mousse de verre située à l'extérieur de la couronne 29 supporte une chape de béton 36 servant pour le passage dans l'espace intermédiaire 5 situé entre le réservoir 1 et le complexe écran dtanche-isolation 4-4t. Les tirants 37 servant à stabiliser le réservoir 1 peuvent être reliés, comme représenté, à des ancrages 38 traversant la couronne et venant se fixer dans le radier 25. L'écran étanche 4 peut quant à lui être maintenu à sa base par un butoir 39 circula4Pew en béton armé, reposant à même le sol ou sur le radier 25. On notera au sujet de ce système d'isolation que l'isolation du sol de l'espace 5 ménagé entre le réservoir 1 et l'écran étanche 4 améliore ltisolation de la couronne de béton 29 sur laquelle repose la robe du réservoir 1. La figure 6 illustre le montage dune entretoise 10, 12 d'une part sur une lisse 2 solidaire du réservoir 1 et sur les raidisseurs à la jonction des panneaux nervurés. Selon ce mode de réalisation l'entretoise 11 et 12 est fixé d'un côté sur la lisse 2 par exemple par soudage et de l'autre côté sur le fer plat 9 du raidisseur au moyen d'un dispositif de rupture de pont dtisola- tion thermique. Ce dispositif comprend, de façon connue une pièce en forme de C 40 dont l'âne 41 est soudée au fer plat et qui renferme une cale en matériau thermo-isolant 42.Cette cale 42 com- prend un perçage au travers duquel passe une tige 43 retenue d'un côté dans la cale. 42 et fixée de l'autre côté sur ltentre- toise 11, 12. Lorsque l'érection de l'ensemble du dispositif d'étanchéité du réservoir 1 est terminée on peut prévoir différents accessoires tels que des soupapes de sécurité ou d'équilibrage de pression, des détecteurs de fuite, des tubulures spéciales pour la traversée des tayauteri-s, des dispositifs spéciaux pour permettre l'accès as personnes chargées du contrôle et de l'entretien, tels que des systèmes de balayage d'air chaud deshydraté dans le cas de températures inférieures à - 40.. Par ailleurs, l'écran étanche peut être renforcé pour servir d'élément de rétention dans le cas d'une fuite de liquide. REVENDICATTONS 1.- Procédé dtisolation de réservoir de stockage de fluides à température négative caractérisé en ce qu'il consiste à entourer au moins en partie ledit réservoir à l'aide d'un complexe écran étanche-isolation consistant en une combinaison tôle soudéelaine minérale, et ce en ménageant entre ledit complexe et ledit réservoir un espace intermédiaire de largeur suffisante pour pouvoir y accéder. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression à l'intérieur du susdit espace intermédiaire est régu lée ou même limitée par exemple au moyen de soupapes de sécurité ou analogue. 3.- Procédé selon l'une des revendications précédentesw caractérisé en ce que l'humidité accidentelle à l'intérieur dudit espace est piégée par exemple par la mise en place de pôles plus froids. 4.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la lame d'air à l'intérieur du susdit espace intermédiaire est refroidie 5.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'atmosphère à l'intérieur du susdit espace intermédiaire est constitué par un gaz inerte. 6.- Procédé selon llune des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on procède à un balayage d'azote dans le susdit espace intermédiaire. 7.- Dispositif pour l'application du procédé selon l'une des revendications prZcédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un complexe écran étanche-isolation comportant, en tant qu'écran une paroi interne en tôle soudée ou analogue et comme élément d'isolation, une couche de laine minérale fixée sur la face interne de ladite paroi, ce complexe entourant le réservoir sur au moins une partie de sa surface externe, un espace de largeur suf- fisante étant ménagé entre ledit complexe et ladite cuve pour que l'on puisse y accéder. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les contraintes exercées sur ledit complexe notamment par les charges climatiques ou accidentelles sont répercutés sur le réservoir au moyen dtéléments de liaison convenablement répartis, entre l'écran étanche et la paroi de la cuve. ,. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les susdits éléments de lai son consistent en des entretoises pouvant être rigides et fixement assemblées sur ladite paroi et sur ledit écran étanche, ou bien déforiables et présenter une certaine élasticité ou encore être rigides et être articulés sur ledit écran et/ou sur ladite cuve. 10.- Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la fixation des éléments de liaison sur ltécran étanche ou sur la cuve est réalisée à l'aide de dispositif à rupture de pont thermique pouvant utiliser des cales isothermiques. 11.- Dispositif selon l'une des revendication 7, 8, 9 et 10 caractérisé en ce que ledit écran étanche est réalisé à l'aide de panneaux préfabriqués ou tôle nervurée sur lesquel sont soudés en bout d'onde des fers plats. 12.- Dispositif selon l'une des revendication 7, 8, 9, 10 et 11, caractérisé en ce que le complexe écran-isolation comprend un bardage écran étanche constitué par les susdits panneaux, sur lequel sont disposé horizontalement, au moyen de cales isother- miques, des profilés constitués par un feuillard métallique en U à ailes inégales dont la petite aile comprend une première partie repliée vers l'extérieur tandis que la grande aile, qui vient se fixer sur lesdites cales, comprend une deuxième partie repliée vers l'extérieur, perpendiculairement à la petite aile, en ce que la portion repliée de la petite aile peut recevoir un élément plan tel qutune languette de tôle en ce que sur lesdites cales et ladite deuxième partie repliée repose une première couche de panneaux isolants, d'épaisseur correspondante à l'épaisseur desdites cales et en ce que l'amie dudit profilé supporte une deuxième couche de panneaux isolants, maintenue, d'une part, par la partie repliée de la petite aile et, d'autre part, par ledit élément plan. 13.- Dispositif selon l'une des revendication 7, 8, 9, 10,11 et 12 caractérisé en ce que l'ensemble réservoir et du susdit complexe repose sur un radier, par l'intermédiaire d'un système d'isolation et d'étanchéité comprenant - un enduit'dtétanchéité posé sur le radier, - une gouttière circulaire remplie d'un mastic d'étanchéité dans lequel plonge la bordure inférieure de l'écran étanche, - une première couche d'isolation par exemple en mouse do verre disposée sur 11 enduit d'étanchéité, - une couronne de bdton portant le réservoir au niveau de sa jupe, et reposant sur ladite première couche d'isolation, - deux couches successives d'étanchéité disposes sur ladite première couche dtdtanchEité, de part et d'autre de ladite couronne, - une couche de sable stabilisée deshydratée disposée à lintdrieur de ladite couronne sur les deux couches successives d'étanchéité, ledit sable supportant le fond du réservoir, - une chape de béton disposée sur les deuxdits couches successives d'étanchéité, entre ladite couronne et ledit complexe, - éventuellement un butoir circulaire reposant à même le sol ou sur ledit radier et venant en appui sur la borbure inf4- rieure de la face extérieure dudit complexe.