Brevet FR2531516A1 — publié le 19840210

Réservoir de gaz liquéfié à basse température. Le développement relativement récent des navires transportant du méthane liquéfié, ou, plus généralement, du gaz naturel liquéfié, à basse température, -a révélé l'existence de nombreux problèmes techniques non encore tous résolus. Le gaz est liquéfié à très basse température (de l'ordre de -1600 C) à l'intérieur de réservoirs comprenant trois parois successives, en principe étanches, c'est tout au moins ce qui est recherché, des matériaux d'isolations thermiques étant interposés entre deux parois successives De manière évidente, les contraintes thermiques sont importantes, et malgré l'adoption de procédés élaborés de fabrication des parois, des fuites se produisent en service dans ces parois S'il est relativement facile de détecter les fuites des parois extrêmes, il est, par* contre, très difficile de localiser celles de la paroi intermé- diaire. L'invention a pour but de proposer une disposition nouvelle permettant de détecter les fuites de cette paroi intermé- diaire sans rendre nécessaire, en ce qui concerne la détection, la destruction d'aucune des parois extrêmes Par ailleurs, si cette invention a eu pour origine les problèmes de maintien en service des navires méthaniers, elle reçoit évidemment une appli- cation très générale à tout réservoir de gaz liquéfié à basse température, monté, ou non sur un-navire transporteur. L'invention a donc d'abord pour objet un réservoir susceptible de contenir un gaz liquéfié à basse température, tel que du gaz naturel liquéfié, constitué par: une première paroi, dite barrière primaire, délimi- tant la cuve proprement dite susceptible de contenir le gaz liqué- fié, une deuxième paroi, dite barrière secondaire, qui entoure la barrière primaire en en étant écartée, une enceinte, dite primaire, étant ménagée entre ces barrières primaire et secondaire, -2- une troisième paroi, dite paroi externe, qui entoure la barrière secondaire en en étant écartée, une enceinte, dite secondaire, étant ménagée entre ces barrière secondaire et paroi externe, un remplissage de matériau thermiquement isolant, qui est contenu dans l'enceinte primaire, de préférence, un autre remplissage de matériau thermiquement isolant, qui est contenu dans l'enceinte secondaire, un conduit d'admission dans la cuve d'un gaz inerte, dit de dégazage, susceptible, après évacuation hors de la cuve du gaz liquéfié, de réaliser l'évacuation du reliquat de ce gaz présent sous forme gazeuse, et, un conduit de gaz de sécurité pour l'admission d'un tel gaz dans l'enceinte secondaire, ce gaz de sécurité possé- dant, sous la pression régnant dans l'enceinte primaire, une température de sublimation, d'une part, inférieure à la températu- re régnant en service dans l'enceinte secondaire, d'autre part, supérieure à la température de la barrière primaire avant un éventuel réchauffage, Dans ce réservoir a) une trappe relie le plafond de la cuve à l'exté- rieur du réservoir et est munie d'une ouverture d'introduction à l'intérieur de la cuve, b) un support de dispositif de détection de la tempé- rature des diverises zones de la barrière primaire est susceptible d'être adapté à cette trappe, c) un dispositif de détection de la température est effectivement monté sur ledit support et susceptible d'être intro- duit à l'intérieur de la cuve par ladite ouverture. Les avantageuses dispositions suivantes sont, en outre, de préférence adoptées: le dispositif de détection de la température est constitué par un thermographe; le dispositif de détection de la température est d'un type optique, tel qu'une caméra, et est susceptible de -3- permettre le repérage des zones de la face interne de la barrière primaire sur lesquelles sont susceptibles de subsister, au cours d'un réchauffage de la cuve, des dépôts de givre dudit gaz inerte de dégazage. L'invention a également pour objet un procédé de détection des fuites éventuelles de la barrière secondaire d'un réservoir conforme à l'une des définitions précédentes, selon lequel, à partir de la cuve contenant du gaz liquéfié à basse température, on injecte dans l'enceinte secondaire, du fluide de sécurité, on procède ensuite à l'évacuation du gaz liquéfié contenu dans la cuve, et, on détecte les zones des dépôts éventuels de givre dudit gaz de sécurité ayant traversé les brèches de fuite de la barrière secondaire et s'étant formé sur les zones de la face de la barrière primaire délimitant l'enceinte primaire d Iposées en regard desdites brèches, par détection de la différence de température des zones de la barrière primaire supportant du givre de celles exemptes de givre. Préférentiellement, entre l'évacuation du gaz liquéfié et la détection des dépôts de -givre, on dégaze la cuve et on la réchauffe progressivement par injection dans cette cuve de gaz inerte chaud, on constate l'établissement d'un dépôt sensiblement uniforme de givre de ce gaz inerte sur la face interne de la barrière primaire, on poursuit le réchauffage de la cuve jusqu'à dispa- rition presque complète dudit dépôt sensiblement uniforme,, et, par observation visuelle, on repère les zones iso- lées de la face interne de la barrière primaire sur lesquelles subsistent encore des dépôts de givre correspondant aux zones de la face de cette barrière primaire opposée à ladite face inter- ne qui supportent également des dépôts de givre de gaz de sécuri- té. -4- L'invention sera mieux comprise, et des caractéristi- ques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la description d'une réalisation donnée ci-dessous à titre d'exem- ple. Il est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif. Il sera fait référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une coupe transversale d'un navire transporteur de méthane liquéfié, conforme à l'invention; et, la figure 2 est une coupe suivant II-II de la figure 1. Le réservoir représenté comporte une première paroi étanche 1, dite barrière primai- re, qui délimite la cuve 2 proprement dite susceptible de contenir le gaz liquéfié à basse température, une deuxième paroi étanche 3, dite barrière secon- daire, qui délimite avec la barrière primaire 1 une enceinte 4, dite enceinte primaire, qui est emplie par un matériau poreux d'isolation thermique, une troisième paroi étanche 5, qui constitue la double coque du navire et qui délimite avec la barrière secondaire 3 une enceinte 6, dite enceinte secondaire, emplie par un matériau poreux d'isolation thermique, la coque 7 proprement dite, avec son pont supérieur 8, un conduit 9 de grand diamètre (lm à 1,5 m), qui traverse le plafond des barrières primaire 1, secondaire 3, et de la double coque 5, ainsi que le pont supérieur 8, en étant adapté de manière étanche à ces diverses parois, avec la possibi- lité d'avoir sa bride supérieure 10 obturée par un couvercle 11, boulonné ( 12) par exemple, un conduit 13, qui plonge à l'intérieur de la cuve 2, un distributeur 14 à trois positions, auquel le conduit 13 est relié, une source de gaz liquéfié 15, un réservoir externe de gaz liquéfié 16, un conduit 17 reliant la source 15 au distributeur 14, un conduit 18 reliant le réservoir 16 au distribu- teur 14, un distributeur à trois positions 19, une source de dioxyde de carbone sous forme gazeuse , des conduits 21, 22 et 23 qui relient le distribu- teur 19 respectivement, à l'enceinte secondaire 6, à la source , et-à l'extérieur du réservoir,- un distributeur à trois positions 24, une source de dioxyde de carbone 25, un échangeur de chaleur 26, réchauffeur de dioxyde de carbone, des conduits 27, 28, 29 et 30 qui relient, respecti- vement, le conduit 27, la cuve 2 au distributeur 24; le conduit 28, l'échangeur de chaleur 26 au distributeur 24; le conduit 29, la source 25 à l'échangeur de chaleur 26; et, le conduit , le distributeur 24 à l'extérieur du réservoir, un support cylindrique vertical 31, qui est monté sur le couvercle Il de la bride 10, rotatif (flèche R) autour de son axe, et réglable en translation (flèche F) le long de son axe, à la manière du tube d'observation d'un périscope de sous-marin, une caméra 32, qui est montée à l'extrémité du support 31 située à l'intérieur de la cuve 2 et est susceptible d'être orientée autour d'un axe de pivotement horizontal 33 par rapport au support 31, de manière, à l'intérieur d'un angle de débattement maximal A autour de l'axe 33, à pouvoir observer la totalité des faces internes de la barrière primaire 1 disposées devant son objectif 34. Cette caméra 32 est d'un type connu, cinématographi- que ou de télévision, et dans ce dernier cas, permet l'observation simultanée sur un écran 35 des vues enregistrées. -6 - Aux emplacements de fissures 36, 37 de la barrière secondaire 3, on constate le passage vers l'enceinte primaire 4 de dioxyde de carbone (flèche G) Ce gaz diffuse à travers le matériau isolant contenu dans l'enceinte 4, jusqu'à atteindre la face la de la barrière primaire 1 orientée vers la barrière secondaire 3 Sensiblement en regard de chaque fissure 36, 37, se forme sur cette face la, un glaçon 36 a, 37 a de dioxyde de carbone sublimé Par ailleurs, on note également que, sur la face lb de la barrière primaire 1 opposée à la face la, sensible- ment de l'autre c 8 té de la barrière primaire 1 o sont les glaçons 36 a, 37 a, se sont formés deux autres glaçons de dioxyde de carbone 36 b, 37 b, tout au moins dans la phase représentée du procédé de détection des fissures 36, 37. Restent à définir les diverosapositions des distribu- teurs 14, 19, 24. Les trois positions du distributeur 14 correspondent la première, à la mise en communication des conduits 13 et 17, et, à l'obturation du conduit 18; la deuxième position, à l'obturation des conduits 13, 17 et 18; et, la troisième position, à la mise en communication des conduits 13 et 18, et à l'obturation du conduit 17. Les trois positions du distributeur 19 correspondent la première position, à la mise en communication des conduits 21 et 22, et, à l'obturation du conduit 23; la deuxième position, à l'obturation des conduits 21, 22 et 23; et, la troisième position,à la mise en communication des conduits 21 et 23, et, à l'obturation du conduit 22. Les trois positions du distributeur 24 correspondent la première position, à la mise en communication des conduits 27 et 28, et, à l'obturation du conduit 30; la deuxième position, à l'obturation des conduits 27, 28 et 30; et, -7- la troisième position, à la mise en communication des conduits 27 et 30, et, à l'obturation du conduit 28. La détection réalisée des fissures 36, 37 va mainte- nant être exposée. Le navire étant revenu au port avec sa cargaison de gaz liquéfié dans ces cuves 2, on commence par vider ses cuves en plaçant le distributeur 14 dans sa troisième position Le gaz liquéfié contenu dans la cuve 2 peut ainsi en être extrait à l'aide d'une pompe (non représentée) et être dirigé vers le réservoir 16. Dans le même temps, du gaz carbonique produit par la source 20 est dirigé dans l'enceinte secondaire 6, par les conduits 22 et 21, -et le distributeur 19, alors placé dans sa première position Compte tenu de la température très basse (de l'ordre de -1600 C) de la barrière primaire 1, on constate, dans la zone des fissures 36, 37 de la barrière secondaire 3, la diffu- sion (G) du gaz carbonique et sa sublimation sous forme de glaçon 36 a, 37 a, sur la face la de la barrière primaire 1. La cuve 2 ayant été vidée du gaz liquéfié qu'elle contenait, doit également, pour des raisons de sécurité, être vidée des vapeurs de ce gaz qui y subsistent et en outre être progressivement réchauffée A cet effet, on y introduit un gaz inerte chauffé On fait traverser, à ce gaz inerte provenant de la source 25, le réchauffeur 26, puis, par les conduits 28 et 27, et le distributeur 24 placé dans sa première position, on injecte ce gaz chaud dans la cuve 2. Ce gaz, plus lourd que les vapeurs de gaz de méthane, chasse ces vapeurs hors de la cuve 2 Par ailleurs, au contact de la barrière primaire 1, il givre et recouvre la face lb d'un voile de givre qui, au fur et à mesure de l'avancement du réchauf- fage, se dissipera, sauf aux emplacements des glaçons 36 b, 37 b qui sont maintenus froids plus longtemps que le reste de la bar- rière primaire 1, du fait de la présence des glaçons 36 a, 37 a. C'est le moment particulier pendant lequel la caméra 32 doit inspecter visuellement et enregistrer l'état de la face -8 - lb pour repérer l'emplacement des glaçons 36 b, 37 b: le givre ayant disparu, la face métallique lb est brillant, sauf aux empla- cements des glaçons 36 b, 37 b Or, on sait que les fissures 36 et 37 sont voisines des emplacements de ces glaçons, ce qui évite d'avoir à endommager la totalité de la barrière primaire 1 pour retrouver les quelques fissures 36, 37 de la barrière secondaire 3. Il y a lieu de remarquer qu'en variante, d'ailleurs plus générale que la réalisation représentée, et sans qu'il y ait à choisir un gaz inerte particulier pouvant se sublimer en glaçons 36 b, 37 b pour réchauffer la barrière primaire 1, on peut détecter directement les emplacements des glaçons 36 a, 37 a sans les voir, en remplaçant la caméra 32 par un thermographe ou analogue, susceptible de détecter et de localiser les points les plus froids de la barrière primaire 1 en cours de réchauffage. On aura également noté qu'au cours du transport du gaz liquéfié, la caméra n'est évidemment pas disposée à l'inté- rieur de la cuve 2, le couvercle perforé 11 étant alors remplacé par un couvercle plein. Enfin, le réglage du réchauffage de la cuve 2 est rendu possible par réglage ( 26 a) du débit de dioxyde de carbone traversant l'échangeur thermique 26. L'invention n'est au reste pas limitée aux réalisa- tions décrites, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient leur 8 tre apportées sans sortir de leur *cadre, ni de leur esprit. -9- R E V E N D I C A T I 0 N S 1 Réservoir susceptible de contenir un gaz liquéfié à basse température, tel que du gaz naturel liquéfié, constitué par: une première paroi ( 1), dite barrière primaire, délimitant la cuve ( 2) proprement dite susceptible de contenir le gaz liquéfié, une deuxième paroi ( 3), dite barrière secondaire, qui entoure la barrière primaire en en étant écartée, une encein- te, dite primaire ( 4), étant ménagée entre ces barrières primaire et secondaire, une troisième paroi ( 5), dite paroi externe, qui entoure la barrière secondaire ( 3), en en étant écartée, une enceinte, dite secondaire ( 6), étant ménagée entre ces barrière secondaire et paroi externe, un remplissage de matériau thermiquement isolant, qui est contenu dans l'enceinte primaire, de préférence, un autre remplissage de matériau thermiquement isolant, qui est contenu dans l'enceinte secondaire, un conduit ( 27) d'admission dans la cuve ( 2) d'un gaz inerte ( 25), dit -de dégazage, susceptible, après évacuation hors de la cuve du gaz liquéfié, de réaliser l'évacuation du reliquat de ce gaz présent sous forme gazeuse, et, un conduit ( 21) de gaz de sécurité pour l'admission d'un tel gaz dans l'enceinte secondaire ( 6), ce gaz de sécurité possédant, sous la pression régnant dans l'enceinte primaire, une température de sublimation, d'une part, inférieure à la tempé- rature régnant en service dans l'enceinte secondaire, d'autre part, supérieure à la température de la-barrière primaire avant un éventuel réchauffage, caractérisé en ce que a) une trappe ( 9) relie le plafond de la cuve ( 2) à l'extérieur du réservoir et est munie d'une ouverture ( 10) d'introduction à l'intérieur de la cuve, b) un support ( 31) de dispositif ( 32) de détection de la température des diverses zones de la barrière primaire - ( 1) est susceptible d'être adapté à cette trappe, c) un dispositif ( 32) de détection de la température est effectivement monté ( 33) sur ledit support ( 31) et susceptible d'être introduit à l'intérieur de la cuve ( 2) par ladite ouverture ( 10). 2 Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de détection de la température est consti- tué par un thermographe. 3 Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de détection de la température est d'un type o'ptique, tel qu'une caméra ( 32), et est susceptible de permettre le repérage des zones de la face interne (lb) de la barrière primaire ( 1) sur lesquelles sont susceptibles de subsis- ter, au cours d'un réchauffage ( 26) de la cuve, des dépôts de givre ( 36 b, 37 b) dudit gaz inerte de dégazage. 4 Procédé de détection des fuites éventuelles de. la barrière secondaire ( 3) d'un réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à partir de la cuve contenant du gaz liquéfié à basse température, on injecte dans l'enceinte secondaire ( 6) du fluide de sécurité, on procède ensuite à l'évacuation ( 14-18-16) du gaz liquéfié contenu dans la cuve ( 2), et, on détecte ( 32) les zones ( 36 a, 37 a) des dépôts éventuels de givre dudit gaz de sécurité ayant traversé les brè- ches de fuite ( 36, 37) de la barrière secondaire ( 3) et s'étant formé sur les zones de la face (la) de la barrière primaire ( 1) délimitant l'enceinte primaire ( 4) disposées en regard desdites brèches, par détection de la différence de température des zones ( 36 b, 37 b) de la barrière primaire ( 1) supportant du givre de celles exemptes de givre. Procédé selon la revendication 4, elle-même selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'entre l'évacuation du gaz liquéfié et la détection des dépôts de givre, on dégaze la cuve ( 2) et on la réchauffe progressi- vement par injection ( 27) dans cette cuve de gaz inerte ( 25) chaud ( 26) , 11 - On constate l'établissement d'un dépôt sensiblement uniforme de givre de ce gaz inerte sur la face interne (lb) de la barrière primaire ( 1), on poursuit le réchauffage de la cuve ( 2) jusqu'à disparition presque complète dudit dépôt sensiblement uniforme, et, par observation visuelle, on repère les zones iso- lées ( 36 b, 37 b) de la face interne (lb) de la barrière primaire ( 1) sur lesquelles subsistent encore des dépôts de givre corres- pondant aux zones ( 36 a; 37 a) de la face (la) de cette barrière primaire opposée à ladite face interne (lb) qui supportent égale- ment des dépôts de givre de gaz de sécurité.