Brevet FR2484056A1 — publié le 19811211

La présente invention se rapporte à des récipients, des cuves et des structures semblables pour le stockage de liquides cryogènes tels que du gaz naturel liquide (LNG) et elle se rapporte plus particulièrement à des récipients et cuves du type défini ci-dessus, qui comportent un plancher en béton et une paroi en béton non fixée, de la mousse ou une autre matière isolante étant disposée autour de la surface intérieure du récipient, qui comporte une structure de coin qui assure l'étanchéité au liquide du récipient mais qui permet un mouvement relatif entre le plancher et la paroi en béton dans le coin de la cuve. De nombreuses nations ont maintenant planifié les projets d'importation d'énergie faisant intervenir du gaz naturel liquéfié (LNG). Ces projets nécessitent de prévoir aux destinations correspondantes de grandes cuves de réception de liquides cryogènes. Des développements récents, notamment des analyses concernant la sécurité de ces réci- pients, ont conduit les techniciens chargés de la conception à prévoir une structure à double cuve dans laquelle la cuve extérieure contient en toute sécurité le gaz naturel liquéfie en cas d'incident affectant la cuve intérieure. Cette cuve extérieure nécessite la prévision d'une isolation entre les cuves intérieure et extérieure, afin de protéger la structure contre des gradients thermiques et de réduire au minimum les grandes quantités de gaz qui s'échapperaient si le liquide froid entrait en contact avec la paroi de cuve extérieure relativement chaude. Typiquement, la structure à cuve extérieure proposée comporte un plancher en béton associé à une paroi en béton non fixée. Cette paroi se déplace radialement par rapport au plancher pour une diversité de raisons, notamment des variations dimensionnelles dues au durcissement du béton, des charges exercées de l'extérieur sur la paroi lorsqu'on utilise une banquette ou berme terrestre, un retrait des matériaux dû à l'influence de la température en cours de service et pour une cause accidentelle, ainsi que des charges hydrostatiques engendrées par le liquide se trouvant dans la cuve int rieure endommage. En conséquence il est nécessaire de prévoir un système d'isolation qui assure l'étanchéité au liquide tout en permettant un mouvement relatif entre le plancher et la paroi de la cuve extérieure. A la connaissance du déposant, il n'existe pas à l'heure actuelle de système d'iiolation/étanchéité pour une structure de coin en béton qui est mobile. En particulier, on a évité ce problème en fixant la paroi en béton sur le plancher. Bien que cela simplifie le système d'isolation et d'étanchéité, cette fixation augmente forte- ment les contraintes se produisant dans la structure et en - outre il en résulte une augmentation substantielle de la complexité de conception et du coût de la cuve. L'invention a en conséquence pour but de fournir une structure de coin de cuve extérieure qui soit relativement simple, qui convienne en particulier pour un récipient crYogèniqueformé d'une paroi extérieure en béton et d'un plancher en béton et qui assure une protection thermique de la structure en cas de dommage de la cuve intérieure. L'invention a également pour but de fournir une structure d'étanchéité de coin qui est adjacente aux surfaces inté- rieures de la cuve en béton et qui permette un mouvement latéral limité de la partie de base de la paroi en béton par rapport au plancher, dans des conditions de service, sans qu'il se produise de contraintes excessives. Ce problème est résolu conformément à l'inven- tion, en ce qui concerne une cuve extérieure en béton contenant une cuve intérieure remplie de liquide-cryogène, par fixation d'une isolation cryagènique par exemple de mousse, sur un revêtement métallique, par exemple en acier, qui est fixé sur la paroi en béton de la cuve extérieure dans sa zone de coin, de manière que la paroi puisse se déplacer librement dans une direction latérale tandis que le revêtement et l'isolation fixée sur celui-ci s'infléchissent pour maintenir l'étanchéité dans le coin de la structure. En conséquence, conformément à la présente invention, il est prévu un joint d'isolation CrYogênfiSqepour un récipient en béton, comportant une cuve intérieure remplie 248405:6 de liquide cryogène et pourvue d'un plancher en bâton, d'une prJroi verticale en btâton supporte'eavec possibilité de d,'placement dur ledit plancher, d'une isolation disposée à l'intrrieur du récipient dans une zone adjacente au plancher horizontal et à la paroi verticale en béton, et en outre d'un revêtement métallique, par exemple en acier, qui est plac:' autour de la surface intérieure du récipient dans une zone adjacente aux surfaces intérieures du plancher et de la paroi en bolton et qui supporte l'isolation, en formant un joint intérieur d'étanchéité autour du récipient. Le revêtement d'acier est incliné par rapport à la verticale dan; un coin situé au dessus du plancher et il est fixé sur la paroi verticale en b'ton à une hauteur prédéterminée au der-sus du plancher, en formant un intervalle entre le revêtement et la paroi verticale en béton dans ledit coin, en permettant un mouvement latéral vers i'intérieur de ladite paroi verticale par rapport au plancher dans ledit coin tout en permettant 'galement au revêtement en acier et à l'is.olation support'e par celui 'ci de s'inflE'chiir et de maintenir une étanchécité dans le coin. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en é'vidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en re'frense aux dessins annexés dans lesquels: la fig. 1 est une vue en élévation et en coupe d'un récipient ou cuve comportant le joint flexible d'ó',t;)nchJité de coin conforme 'à la présente invention, la fig. la est une coupe horizontale faite suivant la ligne la-la de la fig. 1, la fig. lb représente un type préfrE', d'isolation renforcée par fibres qui est utilisée dans le système de la fig. 1, la fig. 2 est une vue en coupe détaillée du joint flexible de coin de la fig. 1, et la fig. 3 est une variante du joint flexible de la fig. 2. Sur les fig. 1 et la, on a désigné par 10 un récipient ou cuve ayant une forme générale cylindrique et compos,' d'un plancher horizontal 12 en béton et d'une paroi cylindrique 14 en béton, qui est supporté avec possibilité de d Flace'nent sur l- fiurfa-ce du rlancier en b 'ton 12 et dont 1 ' -tan;chlti e.;t a-;.;ur(-e ' l1' ai-e d'un joint -la:tl que circulaire 16. En con:;quence, les paule'nents en béton 17 pr-vus ai la baze de la paroi 14 peuvent être supports par le plancher et ils peuvent glisser librement et radialement Sur celui-ci ous l'effet de charger exerc-aes 'ur la structure. Le joint 16 peut être formn de tout matélriau permettant un mouvement relatif de la paroi verticale en béton 14 par rapport au plancher 12. Ainsi le joint 16 peut être formé par exemple de matières polymères ou d'autres matière:; organiques telles que du bitume, qui permettent un mouvement latéral relatif de la paroi verticale 14 par rapport au plan:her en béton 12. La cuve ou récipient 10 contient à l'intérieur de sa paroi en béton 14 une cuve cylindrique 18 destinée au stockage de liquides cryogènes tels que du gaz naturel liquéfié (LNG). La cuve intérieure 18, d'une forme g4n/rale cylindrique, est supportée par un élément porteur 22, constitué par exemple de béton à base de perlite, qui agit comme un joint d''tanchéit(' et qui permet un:;ouvement relatif de la cuve 18. La cuve 18 cormporte un revêtement ou membrane 24, formé d'un matériau résistant aux basses températures, tel que de l'acier au nickel, de préférence un acier à forte teneur en nickel tel que le matériau connu sous la d-'.signa- tion commerciale "Invar"; cependant il va de soi qu'on peut utiliser d'autre- matériaux comme l'acier inoxydable. Autour de la paroi vertisale de la cuve 18, il est prévu une masse de matière isolante en vrac, désignée par 26, ladite matière pouvant être constituée par un matériau connu s-ous la désignation commerciale "Perlite". Autour de cette masse de matire isolante, il est prévu, pour la supporter, une couche isolante porteuse 28 qui est constituée de mousse renforcée par des fibre:;. Cette couche isolante de mousse renforcée par des fibres est de préférence de la mousse de polyuréthane renforcée par des fibres de verre de structure tridimensionnelle. Cette matière isolante renforcée par des fibres se pré'sente sous la forme de blocs ou de panneaux de mousse de polyuréthane à cellules fermées contenant des couches de fibre; de verre, chaque couche de fibres s' étendant dans une direction horizontale et dans une direction transversale en formant des fibres de renforcement dans les directions X et Y tandis que les couches de fibres s'étendent dans une direction verticale en formant des fibres de renforcement dans la direction Z. La figure'lB montre ce type de matériau qui comprend des blocs 15 de mousse de polyuréthane à cellules fermées comprenant des couches de fibres de verre 19 noyées dans la mousse et pourvus d'extrémités de fibres exposées 21 qui sont destinées à faciliter la liaison des blocs de polyuréthane renforcé 15 sous la forme d'un élément structural tel qu'une paroi de cuve. Le bloc de polyuréthane 15 contient d'autres fibres de verre 23 qui s'é(tendent verticalement et dont les extrtités 25 sont exposées afin de faciliter la liaison des blocs individuels les uns avec les autres ainsi que leur liaison avec le revêtement en acier 34. Ce type de renforcement est appelé " renforcement X-Y-Z ", les fibres X constituant les fibres longitudinales, les fibres Y consti- tuant les fibres transversales et les fibres Z constituant les fibres verticales, par exemple comme décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique n 3 222 868; la mousse renforcée résultante est également connue sous la désignation " mousse 3D ". De préférence, des panneaux d'une telle mousse de polyuréthane 3D sont lits ensemble à l'aide d'un adhésif approprié, de préférence un adhosif à base de polyuréthane, afin de former les couches isolantes extérieures. L'isolation en mousse renforcée par fibres, ou mousse 3D porteuse de charge, est également positionnée en 30 sur le plancher en béton 12 de manière à supporter la cuve intérieure 18 à l'aide de l'élément porteur 22 qui s'appuie sur la couche isolante 30 en mousse 3D. L'espace 32 existant entre la base de la cuve 18 et la couche isolante 30 en mousse 3D peut également être rempli de mousse 3D ou d'une autre matière isolante porteuse de charge, en vue d'absorber les charges hydrostatiques qui sont produites par le contenu de la cuve. Un revêtement ou garnissage cylindrique en CI en acier 34 est disposé autour de la cuve 18 entre la couche isolante 28 en mousse 3D et la paroi verticale en béton 14 et il comporte une partie de base 35 qui est placée entre la couche isolante 30 en mousse 3D, en dessous du fond de la cuve 18, et le plancher en béton 12. Ce revête- ment ou garnissage empêche l'eau qui pourrait passer au travers de la paroi poreuse en béton 14 de pénétrer dans le système d'isolation existantle revêtement 34 et la cuve intérieure 18. En considérant également la fig. 2, on voit que la partie verticale inférieure du revêtement d'acier 34 est -inclinée vers le bas d'un certain angle par rapport à la verticale, comme indiqué en 36. Cette inclinaison crée un intervalle 38 destiné à permettre un mouvement radial vers l'intérieur de la paroi extérieure en béton 14 par rapport au plancher 12. Le revêtement 34 est fixé sur la paroi extérieure en béton par des moyens appropriés, par exemple par soudage en un point 40 sur une plaque 41 noyée dans la paroi en béton, le point 40 étant placé à une certaine distance L au dessus du plancher 12. On choisit la largeur maximale de l'intervalle 38, comme indiqué en A, à une valeur égale au mouvement maximal de la paroi vers l'intérieur dans les conditions les plus sévères d'utilisation du récipient. La distance L de fixation du revêtement 34 sur la paroi verticale 14 est choisie en fonction des contraintes maxi- males de flexion risquant de se produire dans le revêtement et dans l'isolation pendant l'utilisation du récipient. Si l'intervalle A est choisi trop petit, il risque de se produire un certain gondolement alors que, si cet intervalle est choisi trop grand, le; contraintes engendrées dans des composants tels que le revêtement en acier 34 peuvent augmenter à une valeur dangereusement élevée. Cependant, on peut contrebalancer de telles conditions en utilisant pour former le revêtement 34 un acier à forte teneur en nickel, par exemple un acier à 9 %o de nickel dont la limite élastique est élevée. Il est à noter que l'isolation en mousse 3D qui est prévue en 28 et 30 peut être fixée à l'aide d'un adhésif approprié, par exemple un adhésif ou polyuréthane, sur le revêtement en acier 34, en vue d'établir un bon support. En cours de service, si la paroi en béton 14 se déplace latéralement vers l'intérieur, du fait de l'existence de l'intervalle A, le revêtement en acier 34 et la couche isolante 28 supportée par le revêtement s'infléchissent de façon à maintenir un joint étanche au liquide dans la zone de coin. Le récipient en béton représenté sur la fig. 1 peut être enfoui dans le sol et être supporté par plusieurs poteaux 43 qui sont répartis autour de la périphérie exté- rieure du plancher en béton 12. Un toit 42 en forme de dôme, -réalisé en béton ou en acier, est supporté par l'extrémité supérieure de la paroi en béton 14 de la structure de cuve et une structure plane 46 recouvrant la partie supérieure de la cuve intérieure 18 est supportée par des câbles 44 suspendus audit toit. La structure plane 46 peut comprendre un matériau à mailles ouvertes, tel qu'un treillis ( non représenté) qui est rempli d'une matière isolante telle qu'un garnissage en fibres de verre, comme indiqué en 48. Comme indiqué ci-dessus, l'ensemble de la structure de récipient 10, comportant la cuve intérieure 18, peut être enfoui dans le sol en disposant une banquette ou berme 50 autour de la structure de cuve, cette banquette s'étendant jusqu'à l'extrémité supérieure de la paroi verticale en béton 14 du récipient de manière à laisser exposé seulement le toit 42 en forme de dôme. En considérant la fig-. 3, on voit qu'on a représenté une variante de la structure de joint flexible de coin conforme à l'invention, o on ne dispose pas autour du revêtement 24 de la cuve intérieure une masse isolante en vrac comme indiqué en 26 sur les fig. 1 et 2 et o la partie verticale du revêtement intérieur 24 de la cuve 18 est placée directement au contact de l'isolation 28 en mousse 3D porteuse de charge. Egalement sur la fig. 3, les supports de cuve 22 de la fig. 1 ont été supprimés et la cuve 18 ainsi que le revêtement intérieur 24 prévu à la base de la cuve, comme indiqué en 52, sont également supportés directement par la matière isolante 32 en mousse 3D porteuse ú de charge qui est prévue en dessous du fond de la cuve 18. En conséquence, sur la fig. 3, les couches en mousse isolante 3D, désignées par 28 et 30, sont placées directement au contact du revêtement intérieur 24 de la cuve 18 et du garnissage extérieur en acier 34. Bien que le joint de coin selon l'invention soit applicable en particulier pour assurer l'étanchéité d'une paroi extérieure mobile en béton d'une cuve de stockage de gaz naturel liquéfié par rapport à son plancher en béton, il est possible également d'utiliser un tel joint de coin dans toute structurecryogènique dans laquelle il est - nécessaire d'établir une étanchéité dans une zone de coin mobile. Conformément à une variante de l'invention, il est possible, le cas échéant, de placer une feuille de contreplaqué ( non représentée) le long des surfaces intérieures des couches 28, 30 en matière isolante, formées par de la mousse 3D porteuse de charge, en vue d'améliorer les conditions de soutien et de protection pendant la phase de construction du récipient. En conséquence l'invention permet d'obtenir un joint de coin, qui soit étanche aux liquides cryogènes et d'une construction simple, entre des éléments structuraux mobiles en béton, ce joint permettant d'établir une protec- tion thermique complète de l'isolation en mousse 3D par rapport à la cuve extérieure en béton et permettant en outre de combiner lesdites propriétés d'étanchéité et de protection thermique avec les proprités de portance, de charge de l'isolation en mousse 3D en vue de former un support struc- tural pour la cuve intérieure. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. c! REVENDICATIONS 1. Récipient cryogènique, comprenant un plancher en béton (12), une paroi en béton (14) supportée avec possi- bilité de déplacement sur ledit plancher, une isolation (28) placée à l'intérieur du récipient dans une zone adjacen- te au plancher et à la paroi en béton, et un revêtement métallique (34) placé autour de la surface intérieure du récipient dans une zone adjacente à la surface intérieure dudit plancher et de ladite paroi en béton et supportant ladite isolation, en formant un joint intérieur étanche autour du récipient, caractérisé en ce que ledit revêtement (34) est pourvu d'une partie inférieure inclinée (36) dans un coin au dessus dudit plancher, et en ce qu'il est prévu un moyen de liaison de ladite partie inclinée, à son extrémité supérieure, avec la paroi en béton à une distance prédétermi- née au dessus dudit plancher, en formant un intervalle (38) entre ledit revêtement (34) et la paroi en béton (14) dans ledit coin et en permettant d'une part un mouvement latéral vers l'intérieur de ladite paroi 'en béton (14) par rapport audit plancher (12) dans ledit coin et d'autre part une flexion dudit revêtement métallique (34) et de ladite isola- tion (28) supportée par celui-ci en vue du maintien d'une étanchéité dans ledit coin. 2. Récipientcryogènique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une cuve intérieure (18) pour liquide cryogène qui est pourvue d'un revêtement intérieur (24) et en ce que ladite isolation (28) est disposée entre ledit revêtement intérieur (24) de ladite cuve inté- rieure (18) et ledit revêtement métallique (34). 3. Récipientcryogènique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite isolation (28) est formée d'une mousse porteuse de charge qui est renforcée par des fibres. 4. Récipient selon l.'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte une isolation (26) constituée par une matière en vrac qui est disposée entre la paroi (24) de ladite cuve intérieure (18) et ladite isolation en mousse porteuse de charge (28). 1i 5. Récipient selon l'une quelconque des revendica- tions 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit revêtement (24) de la cuve intérieure (18) est formé d'un acier à haute teneur en nickel. 6. Récipient selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit acier à haute teneur en nickel est constitué par une matière connue sous la désignation commerciale "Invar". 7. Récipient selon l'une quelconque des revendica- tions 3à 6, caractérisé en ce que l'isolation en mousse porteuse de charge renforcée par des fibres (28) est fixée -sur la surface intérieure dudit revêtement métallique (24). 8. Récipient selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que ledit revêtement métalli- que (34) et ladite isolation (28) sont disposés autour des côtés du fond du volume intérieur dudit récipient en béton. 9. Récipient selon l'une quelconque des revendica- tions 3 à 8, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens (22) pour supporter ladite cuve intérieure de liquide (18) sur ladite isolation porteuse de charge (28) dans le fond du récipient en béton et en ce qu'il est prévu une isolation additionnelle (32) entre le fond de ladite cuve intérieure (18) et ladite isolation porteuse de charge (28) placée sur le fond du récipient en béton. 10. Récipient selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 9, caractérisé en ce qu'il est prévu une structure supérieure (46) sur ladite cuve intérieure (18) et en ce qu'une isolation (48) est supportée par ladite structure supérieure. 11. Récipient selon l'une quelconque des revendica- tions 3 à 10, caractérisé en ce que ledit plancher (12) constitue un plancher horizontal en béton, en ce que ladite paroi en béton (14) est une paroi verticale, en ce qu'il est prévu des moyens pour supporter ladite paroi en béton à son extrémité inférieure afin de permettre ledit mouvement latéral vers l'intérieur de ladite paroi en béton par rapport audit plancher, en ce que ledit revêtement métallique (34) est un revêement en acier, en ce que ladite isolation (28) 2484056" est constituée par une isolation en mousse 3D renforcée par des fibres, qui est liée à la surface intérieure dudit revêtement en acier dans une zone adjacente à ses parties verticale et horizontale et en ce que ladite partie inférieu- re 36 dudit revêtement en acier (34) est inclinée vers le bas dans ledit coin au dessus dudit plancher (12). 12. Récipient selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 9 et 11, caractérisé en ce qu'il comprend un toit (42) en forme de dôme qui est supporté par les extrémités supérieures de la paroi en béton (12), une structure supé- rieure (46) placée sur ladite cuve intérieure (18), une isolation (48) supportée par ladite structure supérieure (46) et des poteaux (43) dirigés vers le bas à partir du plancher en béton (12) de manière à supporter ledit réci- pient dans le sol. 13. Récipient selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 12, caractérisé en ce qu'il a une forme cylindrique et en ce que ledit revêtement métallique (34) est essentiel- lement cylindrique et comporte uné partie de paroi verticale et une partie de fond horizontale, ladite partie inférieure inclinée (36) dudit revêtement métallique (34) assurant la liaison de ladite partie de paroi verticale avec ladite partie de fond horizontale. 14. Récipient selon l'une quelconque des revendica- tions 3 à 13, caractérisé en ce que ladite isolation (28) en mousse renforcée par des fibres est constituée par de la mousse de polyuréthane renforcée par des fibres orientées dans les directions X, Y et Z.