Brevet FR2535831A1 — publié le 19840511

PROCEDE POUR AMELIORER L'ISOLATION THERMIQUE D'UNE CUVE DESTINEE AU STOCKAGE D'UN GAZ LIQUEFIE ET CUVE CORRES PONDANTE. La présente invention a trait à une cuve étanche et isotherme destinée au stockage d'un gaz liquéfié. Une telle cuve peut être intégrée à la structure porteuse d'un navire de transport de gaz liquéfiés ou constituer une cuve de stockage terrestre. On a déjà décrit des cuves étanches et isothermes destinées au stockage des gaz liquéfiés. Une cuve de stockage- terrestre a notamment été décrite dans le brevet français n 2 398 961 ; une cuve intégrée à la structure porteuse d'un navire a, par exemple, été décrite dans le brevet français n 2 264 712.Les cuves de ce type sont constituées par deux barrières d'étanchéité successives, l'urne primaire au contact avec le gaz liquéfié et l'autre secondaire disposée entre la barrière primaire et la cloi- son externe de la cuve ; ces deux barrières d'étanchéité sont alternées avec deux barrières thermiquement isolantes les barrières d'étanchéité définies dans l'état de la technique susmentionné sont constituées de tôles d'invar soudées à bords relevés ; les barrières d'isolation sont constituées au moyen de caisses contenant un isolant thermique particulaire. Dans tous les cas, il est nécessaire, pour des questions de sécurité évidentes, d'éviter la présence de fuites à travers les barrières d'étanchéité primaire ou secondaire.Lorsque l'on a constaté qu'il existe une fuite dans lune des barrières d'étanchéité, il faut absolument intervenir pour réparer. Dans les cuves de ce type actuellement utilisées, l'isolation thermique est réalisée aussi bien que possible, mais il existe toujours des pertes thermiques qui entraf- nent la vaporisation du gaz liquéfié stocké. En fait, dans les cuves existantes, on constate une perte en poids de gaz liquéfié d'environ 0,25 % par jour de stockage. I1 est évident que le coût dsunc telle perte est extrêmement élevé, meme si,dans le cas des navires de transport de gaz,on utilise le gaz vaporisé pour la propulsion du navire. La présente invention a pour but de décrire un procédé qui permet d'améliorer considérablement l'iso- lation thermique des cuves de stockage de gaz liquéfié du type ci-dessus définies. On sait qu'actuellement les barrières d'isolation, qui se trouvent en arrière de chaque barrière d' étanchéité, sont à une pression sensiblement atmosphérique, le volume qu'elles occupent étant génErale- ment balayé par de l'azote pour des questions de sécurité en cas de fuites accidentelles. On a, d'ailleurs, déjà proposé d'utiliser cettc caractéristique pour réaliser une localisation des fuites dans les barrières primaire ou secondaire en analysant le gaz de balayage.On a imaginé également de choisir la nature de l'atmosphère gazeuse qui balaye les barrières d'isolation pour obtenir le coefficient d'isolation optimum. L'invention va à contre-courant de ces recherches antérieures et elle est basée sur un fait surprenant. On sait, en effet, que la mise sous pression réduite de matériaux isolants particulaires augmente légèrement leur capacité d'isolation, mais il est communément admis que la réduction de la pression nla pas de conséquence sensible sur les caractéristiques d'isolation de matériaux compacts tels que le bois.Comme il a été précédemment indiqué, la barrière d'isolation secondaire est constituée, pour les cuves du type en cause, par des caisses de bois contenant, intérieurement, un quadrillage d'entretoises en bois, la caisse étant remplie d'un matériau isolant particulaire tel que la "perlite", par exemple. On a constaté que la mise sous pression réduite d'une barrière d'isolation secondaire,réalisée comme cidessus indiqué,entratnait des améliorations d'isolation thermique beaucoup plus importantes que l'amélioration des caractéristiques d'isolation de la "perlite" particulaire prise isolément.On a constaté, en outre, que l'entretoisement interne des caisses de la barrière d'isolation thermique permettait à ces caisses de supporter -------------- sans dommage la compression due à la mise en dépression du volume où est disposée la barrière isolation secondaire. La présente invention a, en conséquence, pour objet un procédé pour améliorer l'isolation thermique d'une cuve étanche et isotherme destinée au stockage d'un gaz liquéfié, ladite cuve étant constituée de deux barrières d'étanchéité successives, l'une primaire au contact avec le gaz liquéfié et l'autre secondaire, disposée entre la barrière primaire et la cloison externe de la cuves une barrière d'isolation secondaire étant prévue entre la barrière d'étanchéité secondaire et la cloison externe de la cuve, caractérisé par le fait que l'on établit,dans le volume occupé par la barrière isolante secondaire une pression absolua inférieure à la pression atmosphérique. Dans un mode préféré de mise en oeuvres, on établit dans le volume occupé par la barrière isolante secondaire une pression comprise entre 0,1 et 300 millibars absolus. ta présente invention a également pour objet une cuve étanche et isotherme destinée au stockage d'un gaz liquéfié et constituée de deux barrieres d'étanchéité successives, l'une primaire au contact avec le gaz liquéfié et l'autre secondaire, disposée entre la barrière primaire et la cloison externe de la cuve, une barrière d'isolation secondaire étant prévue entre la barrière d'étanchéité secondaire et la cloison externe de la cuve, caractérisée par le fait que le volume occupé par la barrière isolante secondaire est à une pression absolue inférieure à la pression atmosphéri- que. Dans un mode préféré de réalisation, la pression absolue établie dans le volume occupé par la barrière isolante secondaire est comprise entre 6,1 et 300 millibars la barrière d'isolation secondaire est constituée au moyen de caisses en bois contenant un isolant thermique particulaire ; le gaz à pression réduite,qui occupe le volume de la barrière d'étanchéité secondaire est un gaz conférant des caractéristiques d'isolation satisfaisantes. On a constaté que, de façon surprenante, la mise sous pression réduite du volume de l'isolation secondaire entraînait une réduction des pertes thermiques, qui était considérablement plus importante que celle que 1 on pouvait attendre de l'amélioration des caractéristiques d'isolation du matériau particulaire mis en oeuvre dans le volume d'isolation secondaire.On sait, par exemple, que si l'on réduit la pression absolue à 200 millibars on obtient une amélioration d'au plus 10 % des caractéristiques d'iso- lation propres à la "'perlite's particulaire ; pour cette pression réduite, on a constaté que l'amélioration des caractéristiques d'isolation d'une cuve comportant une barrière d'isolation secondaire formée par des canisses en bois juxtaposées remplies de "perlite" atteint environ 20 % , ce niveau d'amélioration est, à ce jour, inexpliqué-. Dans le cas où les caisses de la barrière d'isola- tion secondaire-sont des caisses en bois comportant, inté- rieurements un quadrillage d'entretoises en bois, on a constaté que la résistance mécanique de la barrière d'isolation secondaire n'était pas affectée par la mise sous pression réduite : en efèt, la structure adoptée pour la constitution de ces caisse pour les cuves de l'état de la technique actuellement utilisées, permet auxdites cuves de supporter les efforts de compression dus à l'application d'une pression de 6 bars relatifs sur la barrière d'étanchéité secondaire ; or, les surpressions dues aux mouvements du gaz liquéfié dans la cuve en eas de transport, lorsqu'il s'agit d'une cuve intégrée dans un navire, sont au maximum- de 2,5 bars relatifs, de sorte que la mise en dépression du volume d'isolation secondalre, s'il augmente les contraintes de compression appliquées sur les caisses de 1:' isolation se- condaire, permet cependant de rester très loin du seuil de sécurité de 6 bars sus-mentionne. Un avantage particulier d'une cuve selon l'invention est que l'on peut immédiatement détecter la création d'une fuite dans la barrière d'étanchéité secondaire. En effet, la pression réduite établie dans la barrière d'étanchéité secondaire peut dtre surveillée par des moyens manométri ques et toute création d'une fuite entraîne l'augmentation presque instantanée de la pression, de sorte que l'on est averti immédiatement de l'établissement de la fuite. Néanmoins, s-i le volume d'isolation secondaire est en liaison permanente avec un dispositif de pompage, on peut maintenir la dépression désirée dans le volume secondaire en attendant d'effectuer la réparation de la barrière d'étanchéité secondaire.Il est à noter que le procédé de locali- sation de fuite de la barrière d'étanchéité secondaire décrit dans la demande de brevet français nO 81-22 771 ne permettait pas une surveillance en continu de l'étanchéité de la barrière d'étanchéité secondaire. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, a titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de-rFalisation représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure unique représente, schématiquement en coupe, une cuve selon l'invention, intégrée dans la structure porteuse d'un navire. En se référant au dessin, on voit que l'on a reprE- senté un navire de transport de gaz naturels liquéfiés selon une coupe réalisée perpendiculairement à l'axe du navire 1 dans un plan passant par le centre d'une cuve 2. La cuve 2 a une section octogonale ; sa largeur est d'environ 38 m ; sa hauteur est d'environ 28 m ; sa longueur est d'environ 36 m. La cuve 2 est délimitée par une barrière d'étanchéité primaire 3, qui est soutenue par une barrière d'isolation primaire 4, l'ensemble étant entouré par une barrière d'étanchéité secondaire 5 elle-mEme soutenue par une barrière d'isolation secondaire 6 portée par la double coque 7 du navire. Le détail de la réalisation des barrières primaire et secondaire est bien connu dans l'état de la technique ; l'un des modes de réalisation possible est décrit, par exemple, dans le brevet français 2 264 712. La barrière d'isolation secondaire est réalisée, de façon connue, par une juxtaposition de caisses parallélépipédiques en bois ; chaque caisse a une longueur de 1 m, une largeur de 0,50 m et une épaisseur de 20 cm ; chaque caisse est réalisée en bois contreplaqué d'une épaisseur de 9 mm. A l'in térieur de chaque caisse est disposé un quadrillage d'entre toises constituées de deux entretoises parallèles aux grands cités des caisses et de trois entretoises paralleles aux petits côtés, les entretoises étant régulièrement réparties à l'intérieur du volume de chaque caisse et étant perpendiculaires aux grandes faces. Le volume délimité par chaque caisse est rempli de '1perlite" à l'état particulaire.Les caisses de la barrière isolante secondaire supportent, par l'une de leurs grandes faces, la barrière d'étanchéité secondaire 5 et s'appuient, par leur autre grande face, sur la double coque 7 du navire. On sait que les caisses ainsi réalisées sont capables de supporter sans dommage les efforts de compression dûs à l'application sur la barrière d'étanchéité secondaire 5 d'une surpression de 6 bars. Pour un navire susceptible de transporter 130 000 m3 de gaz, l'ensemble du volume occupé par leisolation secondaire est dtenvlron 5 000 m3, et environ le tiers de ce volume est occupé par les matériaux d'isolation. Il en résulte que l'at- mosphère dans la barrière d'isolation secondaire occupe un volume vide d'environ 3 300 m3. Pour une structure de cuve telle que celle décrite dans le brevet français n 2 264 712, la perte thermique correspondant à une évaporation de 0,25 % de la charge de méthane liquéfié par jour de stockage dans les cuves. Dans cette cuve de l'état de la technique, les barrières d'isolation primaire et secondaire sont balayées par un faible courant d'azote. Selon l'invention, dans les cuves du navire dont la struc ture a été ci-dessus définie, on garde la meme barrière isolante primaire, mais on etablit dans la barrière dliso- lation secondaire une pression réduite de 200 millibars absolus. Pour ce faire, on branche sur le volume occupé parles barrières d'isolation secondaires une pompe 14. Cette pompe peut être, par exemple, une pompe à engrenages ayant un débit de I 000 m3/heure ; on atteint la pression rédui- te désirée en environ 8 heures. La pression dans le volume d'isolation secondaire est repérée au moyen d'un manomètre 15.On constate que, dans ces conditions, au lieu d'avoir une perte correspondant à 0,25 % de la charge par jour de stockage, on a une perte correspondant à 0,20 % de la charge par jour de stockage, ce qui correspond à une réduction de 20 %. On a constaté que,si l'on établissait dans le volume d'isolation secondaire, au moyen d'un dispositif de pompage plus efficace, une pression réduite de 1 millibar, on obtenait une réduction de 40 % des pertes ther- miques par rapport au cas où la pression dans le volume considéré est égale à la pression atmosphérique. On a constaté que la résistance mécanique des caisses de l'isolation secondaire n'est pas affectée par l'établissement d'une pression réduite, car les surpressions dues au mouvement de liquide dans la cuve 2 au cours de la navigation du navire sont, au maximum, de l'ordre de 2,5 bars, de sorte qu'en ajoutant à cette valeur la pression due à la présence d'atmosphère rarifiée en arrière de la barrière d'étanchéité secondaires on atteint au maximum 3,5 bars, alors que les caisses sont étalonnées pour ré- sister à au moins 6 bars de surpression. Sgil se produit une fuite dans la barrière d'étan- chéité secondaire 5, on a une remontée pratiquement immédiate de la pression à l'intérieur du volume d'isolation secondaire, cette remontée étant détectée par le manomètre 15 et pouvant déclencher de façon automatique une alarme. Cependant, la pompe 14 étant branchée en permanence et pouvant entre déclenchée par le manomètre 15, on peut maintenir de façon automatique la pression réduite désirée à l'intérieur du volume d'isolation secondaire. Il est bien entendu que le mode de réalisation ci-dessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Revendications 1'- Procédé pour améliorer l'isolation thermique d'une cuve étanche et isotherme destinée au stockage d'un gaz liquéfié, ladite cuve étant constituée de deux barrires d'étanchéité successives, l'une primaire au contact avec le gaz liquéfié et l'autre secondaire, disposée entre la barrière primaire et la cloison externe de la cuve, une barrière d'isolation secondaire étant prévue entre la bar rière d'étanchéité secondaire et la cloison externe de la cuve, caractérisé par le fait que l'on établit, dans le volume occupé par la barrière isolante secondalre,une pression absolue inférieure à la pression atmosphérique. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on établit,dans le volume occupé par la barrière isolante secondaire,une pression comprise entre 0; et 300 millibars absolus. 3 - Cuve étanche et isotherme destinée au stockage d'un gaz liquéfié et constituée de deux barrières d'étanchéité successives, l'une prinaire (3) au contact avec le gaz liquéfié et l'autre secondaire (5) disposée entre la barrière primaire (3) et la cloison externe (7) de la cuve (2), une barrière isolante secondaire (6) étant prévue entre la barrière d'étanchéité secondaire (5) et la cloison externe (7) de la cuve, caractérisée par le fait que, selon le procédé de la revendication 1, le volume occupé par la barrière isolante secondaire (6) est à une pression absolue inférieure à'la pression atmosphérique. 4 - Cuve selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la pression absolue établie dans le volume occupé par la barrière isolante secondaire (6) est comprise entre 0,1 et 300 millibars.. 5 - Cuve selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée par le fait que la barrière d'isolation se- condaire (6) est constituée au moyen de caisses en bois contenant un isolant thermique particulaire. 6 > Cuve selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les caisses en bois de la barrière d'iso lation secondaire (6) comportent, intérieurement, un quadrillage d'entretoises en bois perpendiculaires aux grandes facs desdites caisses 7 - Cuve selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisée par le fait que le gaz à pression réduite, qui occupe le volume de la barrière d'étanchéité secondaire (6),est un gaz inerte conférant des caractéristiques d'isolation satisfaisantes. 8 - Cuve selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisée par le fait que le volume d'isolation secondaire est relié en permanence à un dispositif de pompage (14). 9 - Cuve selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisée par le fait que la pression dans le volume d'isolation secondaire (6) est surveillée par un disposi tif manométrique (15). 10 - Cuve selon la revendication 9, caractérisée par le fait que le dispositif manométrique(15) déclenche me alarme quand la pression dépasse un seuil prédéterminé et commande la mise en route du dispositif de pompage (14).