Brevet FR2570682A1 — publié le 19860328

L'invention concerne les réservoirs à toit flottant pour liquides. De tels réservoirs sont utilisés notaimment comme réservoirs de stockage dans le domaine électro-nucléaire pour des liquides tels que des eaux déminéralisées déga- zées. Dans ce domaine, une grande fiabilité est exigée poux la conception des réservoirs, afin d'éliminer tout risque d'arrêt de fonctionnement, ou pire encore de dété- rioration des éléments constitutifs essentiels; il est également indispensable d'avoir un fonctionnement s r, sans risque de fausse manoeuvre. De plus, lorsque de tels réservoirs à toit flottant sont utilisés pour l'ap- point d'eau au circuit primaire d'un réacteur nucléaire, il est nécessaire d'avoir un stockage à l'abri de l'air qui assure une qualité très stricte pour le liquide stocké, l'eau dégazée devant, dans cette application particulière, avoir une teneur en oxygène n'excédant pas 100 Fg pour écarter tout risque d'oxydation. Traditionnellement, de tels réservoirs à toit flottant comportent une paroi cylindrique et un toit flot- tant relié de façon étanche à ladite paroi qui l'entoure par une membrane souple. Pour préserver cette membrane souple reliant le pourtour du toit et la paroi latérale du réservoir, en évitant en particulier la formation de plis et/ou une application incontrôlable contre la paroi du réservoir sous l'effet de la pression du liquide contenu dans le réservoir, il est d'ordinaire prévu que l'espace défini par la membrane et la paroi du réservoir, espace communiquant avec l'extérieur, reçoive un liquide de contre-pression faisant essentiellement office de lubri-- fiant pour la membrane lors des mouvements du toit flot- tant, et permettant accessoirement, au moins dans certai- nes positions, un centrage dudit toit par rapport à la paroi cylindrique du réservoir. -2- L'un des problèmes que pose la conception de tels réservoirs à toit flottant réside dans leur protec- tion contre un excès de remplissage lorsque le toit est en position haute. Il peut en effet arriver, à la suite d'une erreur de manoeuvre, que l'on procède à un sur- remplissage du réservoir; le toit flottant est en géné- ral limité dans son mouvement vers le haut par des butées hautes prévues en partie haute de la paroi du réservoir, et, si la pression continue à monter lorsque le toit est en butée haute, il est indispensable de prévoir un moyen de protection pour le réservoir. Selon une technique connue, il est prévu une soupape embarquée sur le toit, parfois dénommée soupape de débordement, pour éviter la surpression, laissant ainsi passer la totalité du débit à partir d'un certain seuil. Ces techniques ne donnent pas satisfaction, car le liquide franchissant cette soupape lors d'une surpression débouche directement dans le caisson du toit, mais celui-ci peut couler, avec tous les risques que cela comporte, lors d'une descente désordonnée de ce toit. Une évacuation hors du toit par l'intérieur du réservoir serait très incommode et de réalisation compliquée car, une prise haute n'étant pas-possible du fait de l'accrochage de la membrane, une prise basse obligerait.à avoir une conduite souple, reliée au toit, soumise- extérieurement à la pression du liquide dans le réservoir, c'est-à-dire une pression de l'ordre de 1 bar pour un réservoir à 10 m de haut, lorsque le toit est en position haute. L'invention.vise. à.éviter les inconvénients des techniques antérieures précédemment citées. Un but de l'invention est donc de fournir un réservoir à toit flottant dont la structure permette non seulement. une protection. sre contre une surpression due à un excès de. remplissage du réservoir, lorsque le toit est en position haute, mais aussi une évacuation efficace du liquide dans cette situation de sur-remplissage. -3- Un autre but de l'invention est d'avoir une structure simple et de coût de fabrication raisonnable pour le réservoir. Un autre but de l'invention est de préserver au maximum le liquide stocké dans le réservoir d'un con- tact avec l'air ambiant, ceci en particulier pour une application dans le domaine électro-nucléaire. Un réservoir à toit flottant pour liquides conforme à l'invention est caractérisé par le fait que les moyens de protection sont essentiellement constitués par une canalisation de trop-plein montée à l'extérieur du réservoir sur la paroi de celui-ci, ladite canalisation de trop-plein présentant une portion en forme de crosse tournée vers le bas et disposée à une hauteur correspon- dant au niveau maximal prédéterminé du liquide dans le réservoir en position haute du toit. De préférence, la canalisation de trop-plein communique avec l'intérieur du réservoir par un orifice prévu en partie basse de la paroi dudit réser- voir, disposé par exemple à un niveau inférieur à celui occupé par le pli de la membrane souple, et ce quelle que soit la position du toit, et inférieur également à celui occupé par des butées basses prévues à l'intérieur du ré- servoir et sur lesquelles vient s'appuyer le toit en position basse. La crosse de canalisation de trop-plein est avantageusement calée à un niveau dépassant légèrement celui qu'occupe le liquide dans le réservoir lorsque le toit est amené, au remplissage du réservoir, en appui contre des butées hautes définissant la position de hau- teur maximale dudit toit; il est enfin intéressant de prévoir en outre une tubulure formant casse-siphonrac- cordée à la canalisation de trop-plein au voisinage de la partie supérieure de la crosse de ladite canalisation, et ouverte à l'air libre en son autre extrémité. -4- D'autres caractéristiques et avantages apparat- tront plus clairement à la lumière de la description et des figures du dessin annexé, illustrant des modes de réa- lisation particuliers de l'invention, en référence aux figures o: - la figure 1 est une coupe verticale d'un réservoir à toit flottant conforme à l'invention; - la figure 2 est une coupe partielle du réservoir dont le toit est en position haute; - la figure 3 est une coupe partielle illustrant le détail des organes de vidange du liquide de contre-pression; et - la figure 4 est une coupe selon IV-IV de la figure 3. Sur la figure 1, un réservoir à toit flottant pour liquides 1 comporte une paroi généralement cylindri- que 2, un toit flottant 3 réalisé en caisson ouvert sur le dessus, et une membrane souple 4 reliant de façon étanche le pourtour du toit flottant à la paroi latérale du réser- voir. Il est à noter que la membrane 4 est ici accrochée en 5 à mi-hauteur du réservoir, mais l'invention s'appli- querait aussi au cas d'une membrane accrochée sur la partie haute du réservoir. Conformément à la technique habituelle, l'espace 6, ouvert à l'extérieur, défini par la membrane 4 et la paroi 2 du réservoir est propre à recevoir un liquide de contre-pression servant essentiellement de lubrifiant pour la membrane souple 4, en évitant en par- ticulier la formation de plis lors des différents mouve- ments du toit flottant 3, et permettant accessoirement, au moins dans certaines positions, un centrage dudit toit par rapport à la paroi du réservoir. La figure 1 illustre schématiquement un certain nombre d'équipements qui sont habituellement prévus sur les réservoirs à toit flottant pour liquides; ces équipe- ments seront rappelés succinctement, étant donné que l'homme de l'art est bien accoutumé à la présence de ces équipements. --5- Il est ainsi prévu, pour le toit flottant 3, six roues de guidage 7 à ressort 8, montées selon une réparti- tion régulière à la périphérie supérieure du toit et des- tinées à s'appliquer contre la paroi 2 du réservoir dans toutes les positions du toit; une mesure avantageuse con- siste à prévoir un dimensionnement du toit flottant avec ses roues de guidage qui reste toujours inférieur au dia- mètre du réservoir, de façon à rendre possible, bien que cela ne soit pas souhaitable, un retournement complet du toit sans coincement par la paroi du réservoir. Le toit flottant 3 est également équipé d'un inclinomètre analogi- que 9 sur lequel est branché un câble 10, équipé d'un mou et muni d'un contre-poids, pour renvoi de la lecture et des alarmes en salle de commande, ce qui permet de suivre l'inclinaison du toit en cas d'accrochage en position in- termédiaire, de fonctionnement en partie basse ou de vidan- ge du réservoir. Le toit flottant 3 est également équipé, au voisinage de la jonction membrane-toit, d'évents péri- phériques 11 reliés par un collecteur d'éventage 12 muni d'une vanne 13, et éventuellement d'une purge d'air 14 au centre du toit au cas o celuici ne présenterait pas une conicité suffisante pour collecter l'air en périphérie. Le toit flottant est enfin équipé d'une tubulure casse-vide 34 formant une soupape naturelle qui protège le réservoir contre une dépression excessive au cours d'une vidange lorsque ledit toit est en position basse, ou que celui-ci se coince dans une position intermédiaire (d'ailleurs, dans ce cas, cette tubulure sert avantageusement d'exutoire en cas de surpression). Quant au réservoir proprement dit, il est équipé d'un éventage manuel en dessous du niveau des points d'ac- crochage 5 de la membrane, avec plusieurs évents répartis également sur la périphérie et raccordés par un collecteur avec une tuyauterie de sortie vers une vanne 16; il est prévu aussi à un niveau bas des conduites d'entrée 17, de sortie 18, et de vidange 19 pour le liquide du réservoir. -6- Une passerelle circulaire 20 en haut du réservoir facilite la visite du toit et de la membrane. Le mouvement du toit flottant est limité par des butées basses 21 et hautes 22, et des équipements d'indi- cations et d'alarmes (non représentés) sont prévus pour vérification des niveaux extrêmes haut et bas dans la salle de commande. Le réservoir est équipé de moyens permettant d'effectuer la vidange du. volume de liquide de contre- pression lorsque le toit est en position haute. Ainsi que cela a été illustré aux figures 1 et 2, ces moyens compor- tent un orifice de prise de vidange 23 traversant la paroi 2 en partie haute du réservoir et connecté à une canalisa- tion de vidange classique 24 munie d'une vanne 25 et exté- rieure à ladite paroi. Pour procéder à la.vidange du liquide de contre- pression, on remplit le réservoir, faisant ainsi monter le toit flottant jusqu'à un appui contre les butées hautes 22 (figure 2). Pour protéger le réservoir contre un excès de remplissage, il est prévu conformément à l'invention une canalisation extérieure de trop-plein 26 en forme de cros- se, munie en partie supérieure d'un conduit casse-siphon 27 qui permet d'arrêter la vidange lorsque celle-ci est amorcée avec le trop-plein et d'éviter ainsi une vidange totale du réservoir; dans ce cas, on poursuivra le rem- plissage du. réservoir jusqu'à ce que le niveau de la ligne de flottaison 28 du liquide, qui correspond d'ailleurs sen- siblement au niveau de surface du liquide de contre-pres- sion, atteigne le niveau 29 du trop-plein, légèrement au- dessus du niveau occupé en début de butée haute, ce qui est une sécuritésupplémentaire pour être bien assuré que le toit flottant est à sa hauteur maximale. La canalisation de trop-plein 26 communique avec l'intérieur du réservoir par un orifice prévu en partie basse de la paroi dudit réservoir,. à un niveau toujours -7- inférieur au pli de la membrane 4, de façon notamment à éliminer tout risque d'obstruction par ladite membrane; cet orifice est aussi de préférence disposé plus bas que le niveau des butées basses 21. Comme indiqué précédemment, la crosse de la canalisation 26 est calée à un niveau 29 (figure 2) plus élevé que le niveau de flottaison 28 en simple butée haute du toit. La canalisation 26 contient ainsi un bouchon de liquide de volume variable qui permet d'éviter tout contact du liquide contenu dans le réservoir avec l'air ambiant, et de ce fait un regazage dudit liquide. On isole alors le réservoir en fermant la vanne de la conduite d'entrée 17, puis on ouvre la vanne 25 de l'orifice de prise de vidange 23; celuici, prévu à cet effet à un niveau inférieur à celui 28 de la ligne de flot- taison lorsque le toit est en butée haute, permet une vidange complète du volume de liquide de contre-pression par l'effet naturel de la pression du liquide du réservoir qui tend à pousser radialement la membrane souple 4, et donc à expulser ce liquide jusqu'à ce que toute la partie de la membrane qui est plus basse que l'orifice de vidange soit appliquée contre la paroi intérieure du réservoir. Il suffit alors d'actionner des moyens de remplissage en liquide de contre-pression, moyens disposés de préférence en partie haute du réservoir à un niveau voisin de celui des moyens de vidange, et constitués par exemple (figure 1) par une conduite 30, une vanne 31 et un compteur volumé- trique 32 permettant l'admission d'un volume prédéterminé. Le niveau de l'orifice de vidange est important car lorsqu'on ouvre la vanne de vidange 25, le toit baisse légèrement au fur et à mesure de l'expulsion du liquide de contre-pression; il faut donc avoir la certitude que le niveau 28 de la ligne de flottaison reste supérieur à -8- celui de l'orifice de prise de vidange 23, afin que la vidange soit complète. Les figures 3 et 4 illustrent un moyen permet- tant d'éviter l'obturation de l'orifice de prise de vidan- ge par la membrane souple lors de la vidange du liquide de contrepression; ce moyen est par exemple réalisé sous forme d'un élément plat 33 fixé sur la paroi latérale 2 et dont la portion en saillie évite l'obturation de l'orifice de prise de vidange 23 tout en laissant passer le liquide latéralement. Pour une application au domaine électro-nucléaire, on utilisera avantageusement de l'eau déminéralisée comme liquide de contre-pression; la conception du réservoir à toit flottant de l'invention permet aussi d'éviter de mettre en contact avec l'air le liquide du réservoir, ce qui évite de devoir procéder à un redégazage de ce liquide (les communications à l'air libre par le casse-siphon de la tuyauterie de trop- plein et la tubulure casse-vide n'introduisent en fait qu'une perturbation négligeable, car le casse-siphon, qui est très éloigné de sa communi- cation avec le réservoir en partie basse, et la tubulure casse-vide renferment un bouchon inférieur de liquide qui forme un écran efficace). Il. va de soi que l'invention n'est pas limitée à la réalisation particulière qui a été décrite à titre d'exemple, mais englobe au contraire toutes les variantes reprenant, avec des moyens équivalents, des caractéristiques figurant aux revendications. -9- REVENDICATIONS 1. Réservoir à toit flottant pour liquides, com- portant une paroi cylindrique (2), un toit flottant (3) relié de façon étanche à ladite paroi qui l'entoure par une membrane souple (4), cette membrane définissant avec la paroi du réservoir un espace (6) propre à recevoir un liquide de contre-pression, et des moyens permettant de protéger le réservoir contre un excès de remplissage lors- que le toit est en position haute, caractérisé par le fait que les moyens de protection sont essentiellement consti- tués par une canalisation de trop-plein (26) montée à l'extérieur du réservoir sur la paroi de celui-ci, ladite canalisation de trop-plein (26) présentant une portion en forme de crosse tournée vers le bas et disposée à une hauteur correspondant au niveau maximal prédéterminé du liquide dans le réservoir en position haute du toit. 2. Réservoir à toit flottant selon la revendi- cation 1, caractérisé par le fait que la canalisation de trop-plein (26) communique avec l'intérieur du réservoir par un orifice prévu en partie basse de la paroi dudit réservoir. 3. Réservoir à toit flottant selon la revendi- cation 2, caractérisé par le fait que l'orifice est disposé à un niveau inférieur à celui occupé par le pli de la membrane souple (4), et ce quelle que soit la position du toit. 4. Réservoir à toit flottant selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que l'orifice est disposé à un niveau inférieur à celui occupé par des butées basses (21) prévues à l'intérieur du réservoir et sur lesquelles vient s'appuyer le toit en position basse. -10- 5. Réservoir à toit flottant selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la crosse de canalisation de trop-plein est calée à un niveau dépassant légèrement celui qu'occupe le liquide dans le réservoir lorsque le toit (3) est amené, au rem- plissage du réservoir, en appui contre des butées hautes (22) définissant la position de hauteur maximale dudit toit. 6. Réservoir à toit flottant selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il com- porte en outre une tubulure (27) formant casse-siphon raccordée à la canalisation de trop-plein (26) au voisi- nage de la partie supérieure de la crosse de ladite canalisation, et ouverte à l'air libre en son autre extrémité.