Brevet FR2503104A1 — publié le 19821008

La présente invention se rapporte A des perfectionnements apportés aux reservoirs de révolution a axé vertical montés a bord des bateaux et spécialement destinés au transport des liquides cryogéniques tels que les gaz liquéfiés. Le transport des gaz liquéfiés par nier pose un grand nombre de problèmes tec.niques, qui résultant principalement des mouvements du navire ainsi que des basses températures auxquelles il est nécessaire de réaliser le transport dans la majorité des cas. Ceci se produit, par exemple, dans le cas du gaz naturel (LNG) qui doit etre transporté a une pression proche de la pression atmosphérique et à une température d'environ -160 C. L'un des modes les plus fiables de transport des gaz liquéfiés par mer est le transport en réservoirs sphériques, en dépit des difficultés présentées tant par le travail de construction que par le mode d'installation de ces réservoirs. Parmi les modes ou dispositifs de support et de fixation des réservoirs sphériques de ce type qu'on trouve sur le marché, on peut citer celui qui est décrit dans le brevet espagnol n0 401 774, qui a été inventé par le déposant de la présente demande. Dans ce brevet, on décrit le fonctionnement de la structure composée d'un réservoir sphérique supporté de façon continue le long de son équateur par une structure périphérique et des éléments de support et de fixation que l'on appellera des jupes. Sous les contraintes de gravité, la jupe intérieure travaille a la compression tandis que la structure périphérique et la jupe extérieure travaillent à la traction. Grace a l'équilibre établi entre les contraintes de gravité, poids propre du réservoir et charge liquide, et les efforts de compression et de traction mentionnes plus haut, les moments fléchissants qui se manifestent dans les parois du réservoir, dans la région de l'équateur, sont réduits à un minimum et les épaisseurs des parois du réservoir sont considérablement inférieures à celles des réservoirs supportés au niveau de leur équateur par une seule jupe.En effet, lorsque le réservoir est supporté par une seule jupe, les moments fléchissants qui s'exercent dans les parois du réservoir et qui sont engendrés par l'excentricité entre réservoir et jupe doivent nécessairement etre absorbés par des tôles de forte épaisseur, épaisseur qui constitue une limitation lorsqu'il s'agit de réservoirs de grand diamètre, parce que les organismes qui établissent les règlements n admettent pas des épaisseurs de matière supérieures à une valeur déterminée pour des raisons technologiques. En ce qui concerne les contraintes d'origine thermique, lorsque le réservoir est A -160oC alors que le long de la structure support il existe un gradient de températurt (entre -160 C dans la partie supérieure et la température àe la cale du navire dans la partie inférieure), la faible rigidité des éléments de la structure de la partie haute du support et des parois du réservoir, qui est une conséquence de la disposition de la double jupe, contribue à faire en sorte que les tensions induites, par la différence de contraction entre le réservoir et le support et par la courbure des génératrices de la structure support, courbure qui est engendrée par le gradient thermique précité, sont considérablement réduites mais ne sont pas totalement éliminées. L'expérience a montré que les procédés appliqués pour réduire les tensions induites dans les parois du réservoir par les contraintes d'origine thermique sont peu efficaces, y compris la réduction additionnelle de la rigidité axiale de l'élément support et de fixation intérieure, ainsi qu'on le décrit dans le premier certificat d'addition espagnol n0 500 005 au brevet précité, dans le cas des réservoirs sphériques supportés par une double jupe, et certaines dispositions spéciales de l'isolement thermique le long de la structure support, lorsque les réservoirs sont supportés au moyen d'une ou de deux jupes. Afin d'éliminer lesdites tensions d'origine thermique qui sont induites dans les parois des réservoirs sphériques, dans la région de leur équateur, l'invention a pour objet des perfectionnements apportés aux réservoirs de révolution à axe vertical installés a bord des navires, qui sont spécialement destinés au transport de liquides cryogéniques et supportés par au moins une jupe continue A axe vertical et reliée au réservoir, dans la région fquatoriale de ce dernier, par une structure périphérique qui fait partie de la paroi du réservoir.Suivant l'invention, avant de procéder au refroidissement et au premier chargement du réservoir, on induit dans chacune des sections méridiennes de la structure périphérique et de la zone équatoriale du réservoir une rotation, dans le plan de cette section, et qui est sensiblement identique pour toutes les sections et de sens opposé au sens de la rotation induite par le poids du réservoir et de son contenu, qui est le sens nieme dans lequel la structure support agit sur le réservoir sous l'effet de contraintes thermiques. Cette rotation peut etre d'une amplitude aussi grande que celle permise par le dessin de la structure périphérique puisque la rotation induite prévient et contrarie la rotation qui est engendrée par les contraintes thermiques lorsque le réservoir a été refroidi à -160 C pour etre rempli de LNG, mais elle peut aussi etre de plus grande amplitude et contribuer à prévenir et contrarier la rotation engendrée par les contraintes de gravité précitées, auquel cas on peut avoir avantage à surdimensionner la structure périphérique afin d'éliminer totalement les tensions de flexion engendrées dans les parois 'du réservoir dans la région de ltéquateur, ce qui entraîne une notable amélioration du comportement de la structure en ce qui concerne la fatigue et la propagation des fissures, avantage qui s'ajoute à l'économie réalisée sur les matériaux, le soudage et la in-d'oeuvre spécialisée. En ce qui concerne la réalisation et la mise en oeuvre de l'invention, dans le cas d'une structure support composée d'une seule jupe dont le bord supérieur doit etre réuni à une saillie continue de la structure périphérique, laquelle 9 déjà été soudée au réservoir, on peut induire la rotation précitée en appliquant une contrainte répartie dans la région du bord supérieur de ladite jupe, qui provoque dans ce bord une rotation sensiblement uniforme et de sens opposé au sens de la rotation induite par les contraintes de gravité et d'origine thermique, le bord supérieur de la jupe étant ensuite soudé à la saillie de la structure périphérique de manière que, lorsqu'on cesse d'appliquer la contrainte à la jupe, la structure périphérique et la zone équatoriale du réservoir conservent une rotation possédant les caractéristiques décrites plus haut. Lorsqu'il s'agit d'une structure support composée de deux jupes qui sont espacées l'une de l'autre dans la direction radiale, une jupe intérieure qui travaille à la compression et une jupe extérieure qui travaille à la traction, lorsque la zone Equatc- riale du réservoir et la jupe intérieure ont été montées et soudes indépendamment, on applique au bord extérieur de la structure péri phérique une contrainte répartie qui provoque dans ladite structure périphérique et dans la zone équatoriale du réservoir une rotation sensiblement uniforme de sens opposé au sens de la rotation induite par les contraintes de gravité et d'origine thermique en effectuant ensuite, si cela n'a pas été fait antérieurement, le soudage de la structure périphérique la jupe intérieure et, dans tous les cas, la suite, le soudage de la structure périphérique à la jupe extérieure de manière que, lorsqu'on cesse d'appliquer la contrainte A la seruc- ture périphérique, cette rotation se maintienne grace A la tension méridienne qui apparat dans la jupe extérieure. En variante, dans le cas où la structure support .it composée de deux jupes espacées radialement l'une de l'autre, d.nt l'une, intérïeure, travaille à la compression et l'autre, exturieure, travaille à la traction, après le montage et le soudage de la zone équatoriale du réservoir et au moins de la jupe extérieure, on soumet la zone médiane de cette jupe une contrainte permanente qui induit une déformation dans la direction radiale, sous l'effet de laquelle cette jupe extérieure reste soumise à une traction méridienne, de syrte que ses bords supérieur et inférieur se rapprochent en induisant ainsi dans la structure périphérique et dans la zone équatoriale du réservoir une rotation sensiblement uniforme et de sens opposé A celui de la rotation induite par les contraintes de gravité et d'origine thermique Etant donné que l'application des contraintes mentionnees plus haut peut s'effectuer dans la phase de préfabrication lorsque le réservoir n'est pas encore terminé en totalité mais a déjà été ferme dans sa zone équatoriale, les colts de préparation de La structurez échafaudabes, éléments d'ajustement, vérins, ecc., sont très ai: 1 comparativement au nombre de tonnes de matériau cryogénique que ] économise sur le total des réservoirs de charge qu'il s'agit d'ins- taller à bord du navire LNG. D'autres caractéristiques et avantages de l'inventlt'n apparaîtront au cours de la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins ann,x s, sur lesquels - la figure 1 est une coupe diamétrale verticale partielle d'un réservoir appuyé sur deux jupes concentriques et construit conformément à l'invention - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 sur laquelle on montre un réservoir appuyé sur une seule jupe ; et la figure 3 est une vue analogue a la figure i sur laquelle on montre une variante de réalisation pour un réservoir appuyé sur deux jupes concentriques. Comme on peut le voir sur la figure 1, le réservoir 1 qui possède une forme sphérique comprend une structure périphérique intercalée dans sa paroi, dans sa région équatoriale et qui, dans l'exemple représenté sur les dessins est constituée par un profilé équatorial 2, lequel s'incorpore à la paroi du réservoir et qui comporte, a l'extérieur du réservoir, deux saillies ou nervures inférieures continues désignées par les références 3 et 4, auxquelles on réunit par soudage le bord supérieur de deux jupes concentriques 5 et 6 espacées radialement l'une de l'autre7 qui constituent le support du réservoir. De ces deux jupes, la jupe intérieure 5 travaillera à la compression tandis que la jupe extérieure 6 travaillera à la traction. Suivant l'inventiona après avoir monté le réservoir, avec son profilé équatorial 2 soudé a la paroi du réservoir, et les jupes 5 et 6 réunies, en bas, à la structure porteuse et avant de procéder à l'assemblage par soudage entre les saillies 3 et 4 et le bord supérieur des jupes, au moins avant de souder la saillie extérieure 4 au bord supérieur de la jupe extérieure 6, on applique a la structure périphérique 2 une contrainte répartie qui provoque dans cette structure périphérique et dans la région équatoriale du réservoir une rotation sensiblement uniforme de sens opposé au sens de la rotation qui est induite par les contractions thermiques et par le poids du réservoir et de son contenu.L'application de cette contrainte peut être obtenue, par exemple, au moyen de vérins équidistants 7, montés entre la structure périphérique 2 et des points d'ancrage inférieurs 8. En réglant la tension de ces vérins, on peut obtenir une rotation sensiblement uniforme de la structure pVriph- rique 2. Apres avoir réalisé cette rotation, on procede a l'assew.- blage par soudage de l'extrémité supérieure de la jupe extérieul:e (, A la saillie extérieure 4 de la structure périphérique et, évent\et- lement, à l'assemblage du bord supérieur de jupe intérieure 5 et s la saillie 3. Ainsi qu'il ressort dU la ligure 1, pour assembler la jupe extérieure 6 à la saillie 4, on peut intercaler une pince intermédiaire 9. Après avoir réalisé ces assemblages, on dn,onte les vérins 7, et la structure périphérique 2 et la zone équatoriale du réservoir conservent alors la rotation qui y a été induite antérieu- rement. La rotation induite dans la structure périphérique et dans la zone équatoriale du réservoir peut etre égolernt obtenue comme on l'a représenté sur la figure 3, en soumettant la zone médiane 10 de la jupe intérieure 6, après le soudage de bord supérieur de cette jupe à la saillie extérieure 4, à une contrainte permanente capable de produire une déformation radiale dans cette partie, telle que celle indiquée en tireté par la référence 11.De cette façon, la jupe reste soumise à une traction méridienne et ses bords supérieur et inférieur se rapprochent en induisant ainsi la rotation désirée dans la structure périphérique 2 et dans la zone équatoriale du réservoir Finalement, dans le cas où le support du réservoir 1 est constitué par une seule jupe 12, ainsi qu'on l'a représenté sur la figure 2, la rotation de la structure périphérique 2 et de la zone équatoriale du réservoir peut etre obtenue, comme dans le cas de le figure 1, par des vérins 7 équidistants montés autour du réservoir entre la structure périphérique 2 et des ancrages inférieurs 8, tout ceci avant de souder le bord supérieur de la jupe 12 a l'unique saillie extérieure 13 de la structure périphérique. Après avoir réalisé cette rotation désirée, on soude le bord supérieur de la jupe d la saillie 13 et on démonte les vérins 7. Bien entendu, différentes modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au procédé et au dispositif qui vienent d'etre décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Réservoir de révolution à axe vertical installé à bord d'un navire, spécialement destiné au transport de liquides cryogéniques et supporté par au moins une jupe continue (5, 6; 12) à axe vertical qui est reliée au réservoir (1), dans la zone équatoriale de ce dernier, au moyen d'une structure périphérique (2) qui fait partie de la paroi du réservoir, ce réservoir étant caractérisé en ce que, avant de réaliser le refroidissement et le premier chargement du réservoir, on induit dans chacune des sections méridiennes de la structure périphérique (2) et de la zone équatoriale du réservoir une rotation contenue dans le plan de cette section sensiblement identique dans toutes les sections et de sens opposé au sens de la rotation induite par les contractions thermiques et par le poids du réservoir et de son contenu. 2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où chaque réservoir est appuyé sur une seule ji,pe (12) et où la structure périphérique comporte une saillie continue (13) qui s'assemble au bord supérieur de la jupe, lorsque la zone équatoriale du réservoir (1) et la jupe (12) ont été montées et soudées indépendamment, on applique dans la région du bord supérieur de ladite jupe (12) une contrainte répartie qui provoque dans ce bord une rotation sensiblement uniforme, de sens opposé à celui de la rotation induite par les contractions thermiques et par le poids du réservoir et de son contenu, et on soude ensuite le bord supérieur de la jupe (12) à la saillie (13) de la structure périphérique de manière que, lorsqu'on cesse d'appliquer la contrainte la jupe, la structure périphérique et la zone équatoriale du réservoir conservent une rotation de sens opposé à celui de la rotation induite par les contractions thermiques et par le poids du réservoir et de son contenu. 3. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où-chaque réservoir (1) est appuyé sur deus jupes (5, 6) espacées radialement l'une de l'autre dont l'une, intérieure (5), travaille à la compression et l'autre, extérieure (6), travaille à la traction, lorsque la zone équatoriale du réservoir et la jupe intérieure ont été montées et soudées indépendamment et avant le soudage des jupes à la structure périphérique (2), on applique à ladite structure périphérique une contrainte répartie qui provoque dans cette structure périphérique et dans la zone équatoriale du réservoir une rotation sensiblement uniforme, de sens opposé à celui de la rotation induite par les contractions thermiques et par le poids du réservoir et de son contenu et on effectue ensuite éventuellement le soudage de la structure pEri- phérique a la jupe intérieure et, en tout cas, le soudage de la structure périphérique (2) à la jupe extérieure (6) de manière que, lorsqu'on cesse d'appliquer la colltrainta 3 la structure périphé- rique, ladite rotation se maintienne grace à la tension méridienne qui apparaît dans la jupe extérieure. 4. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où chaque réservoir est appuyé sur deux jupes (5, 6), espacées radialement l'une de l'autre dont l'une3 intérieure (5), travaille à la compression et l'autre, extérieure (6), travaille à la traction, lorsque la zone équatoriale du réservoir et au moins la jupe intérieure ont été montées et soudées, on soumet la zone médiane (10) de ladite jupe extérieure (6) à une contrainte permanente qui induit une déformation dans la direction radiale sous l'effet de laquelle cette jupe est soumise à une traction méridienne et ses bords inférieur et supérieur se rapprochent, en induisant: ainsi dans la structure périphérique et dans la zone équatoriale du réservoir une rotation, sensiblement uniforme, de sens opposé au sens de celle qui est induite par les contractions thermiques et par le poids du réservoir (1) et de son contenu.