Brevet FR2570681A1 — publié le 19860328

L'invention concerne les réservoirs à toit flottant pour liquides. De tels réservoirs sont utilisés notamment 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 pour 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 gg 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 le contr8le du volume réel de liquide de contre-pression, et en par- ticulier la vidange de ce volume. En effet, si ce volume est excessif, le liquide de contre-pression déborde exagérément sur la périphérie du toit, pouvant ainsi l'envahir, lorsque celui-ci est en position basse, ce qui peut provoquer une certaine instabilité et/ou un coulage dudit toit avec le risque d'endommager la membrane, ou même la paroi latérale du réservoir; et si ce volume est insuffisant, la membrane risque de coller à la paroi latérale lorsque le toit est en position haute, ce frottement difficile à mattriser pouvant provoquer une détérioration de la membrane. Par ailleurs, le volume du liquide de contre- pression est soumis à un phénomène d'évaporation qui est variable selon le site et le type d'exploitation, essen- tiellement en fonction de la température et de l'hygro- métrie, et qui est difficile à déterminer avec précision. Selon une technique connue, on procède à un ajout-périodique de liquide de contre-pression de façon très empirique, sans contr8le sérieux de l'action de l'évaporation. Pour avoir un volume réel connu du liquide de contre-pression, on procède en fait à une vidange totale du réservoir, on élimine le liquide de contre-pression, et après ces vidanges, on procède à un remplissage d'un volume prédéterminé de liquide de contre-pression avant le remplis- sage du réservoir. Cette technique présente l'inconvénient de nécessiter la vidange totale du réservoir, avec les ris- ques que comportent les mouvements du toit flottant si ceux-ci sont insuffisamment contr8ôlés, avec une perte de temps de fonctionnement non négligeable et incompatible pour. une application dans le domaine électro-nucléaire. Pour tenter de pallier ces inconvénients, il a été proposé de procéder à une vidange du liquide de contre-pression lorsque le toit est en position haute, -3- grâce à un dispositif de vidange prévu juste au- dessus du niveau des points d'accrochage de la membrane, c'est-à-dire à mi-hauteur de la paroi latérale du réser- voir. Ces tentatives n'ont pas donné satisfaction car, d'une part, la vidange était imparfaite en raison du collage contre la paroi latérale d'une zone inférieure de la membrane au-dessus du dispositif de vidange, et car d'autre part l'accessibilité du dispositif à niveau moyen permettait à des utilisateurs potentiels de soutirer du liquide de contrepression dont le volume risquait de devenir alors insuffisant. 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 d'ef- fectuer de façon tout à fait fiable une vidange totale du - volume de contre-pression, lorsque le toit est en position haute. 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 disposer en permanence du liquide stocké dans le réservoir, ceci en par- ticulier pour une application dans le domaine électro- nucléaire. Un dernier but de l'invention est d'éviter le ris- que d'un soutirage intempestif du liquide de contre-pression. Un réservoir à toit flottant pour liquides con- forme à l'invention est essentiellement caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens permettant d'effectuer la vidange du volume de contrepression lorsque le toit est en position haute, ces moyens étant disposés en partie haute du réservoir de façon que la membrane souple permette l'expulsion de l'eau de contre-pression sous l'effet de la pression exercée par le liquide contenu dans le réservoir. -4- Ces moyens sont avantageusement constitués par un orifice de prise de vidange traversant la paroi du réser- voir en partie haute de celui-ci, ledit orifice étant connecté à une canalisation de vidange classique exté- rieure à ladite paroi; cet orifice est disposé de pré- férence au voisinage et en dessous du niveau qu'occupe le liquide dans le réservoir lorsque le toit est amené, au remplissage dudit réservoir, en appui contre des bu- tées hautes définissant la position de hauteur maximale dudit toit, et à une distance du niveau de la ligne de flottaison représenté par lé rapport dudit volume maximal à l'aire de la couronne formée par le plan du liquide de contre-pression. Il est avantageux de prévoir en outre un moyen évitant l'obturation de l'orifice de prise de vidange par la membrane souple, par exemple un élément plat fixé sur la paroi latérale interne et présentant une portion en saillie de façon à éviter tout contact direct au niveau de ladite paroi entre l'orifice de prise de vidange et la membrane souple. D'autres caractéristiques et avantages apparaî- tront plus clairement à la lumière de la description et des figures du dessin annexé, illustrant des modes de réalisa- tion 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 ounert sur le dessous, et une nmbrane souple 4 reliant de façon étanche le pourtour du toit flottant à la paroi latérale du réservoir. Il est -5- à noter que la membrane 4 est ici accrochée en 5 à mi- hauteur du réservoir, mais l'invention s'appliquerait 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 équi- pements seront rappelés succinctement, étant donné que l'homme de l'art est bien accoutumé à la présence de ces équipements. Il est ainsi prévu, pour le toit flottant 3, six roues de guidage 7 à ressort 8, montées selon une répartition régulière à la périphérie supérieure du toit et destinées à s'appliquer contre la paroi 2 du réservoir dans toutes les positions du toit; une mesure avantageuse consiste à prévoir un dimensionnement du toit flottant, avec ses roues de guidage,qui reste toujours inférieur au diamètre 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'in- clinaison du toit en cas d'accrochage en position intermédiaire, de fonctionnement en partie basse ou de vidange du réservoir. Le toit flottant 3 est également équipé, au voisinage de la -6- jonction membranetoit, d'évenftts périphériques 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 celui-ci 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 sou- pape naturelle qui protège le réservoir contre une dépres- sion excessive du liquide 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 à 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. 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'indica- tions et d'alarmes.(non représentés) sont prévus pour véri- fication des niveaux extries haut et bas dans la salle de cmnande. Ainsi que cela a été expliqué au début de la description, il est important de contr8ler le volume réel du liquide de contre-pression contenu dans l'espace 6, et en particulier la vidange de ce volume. Conformément à l'invention, 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 comportent un orifice de prise de vidange 23 traversant la paroi 2 en partie haute du réservoir et connecté à une canalisation de vidange --7- classique 24 munie d'une vanne 25,et extérieure 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 l'appui de celui-ci contre les butées hautes 22 (figure 2). Pour protéger le réservoir contre un excès de remplissage, il peut être prévu une canalisation exté- rieure de trop-plein 26 en forme de crosse, munie en partie supérieure d'un conduit casse-siphon 27; dans ce cas, on poursuivra le remplissage du réservoir jusqu'à ce que le niveau de la ligne de flottaison 28 du liquide, qui correspond d'ailleurs sensiblement au niveau de sur- face du liquide de contre-pression, atteigne le niveau 29 du trop-plein, légèrement au-dessus du niveau occupé en début de butée haute, ce qui est une sécurité supplementai- re pour être bien assuré que le toit flottant est à sa hauteur maximale. 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 flottaison 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. Grace au dispositif de l'invention, il est donc possible de procéder à cette vidange totale du liquide de contre-pression avec le toit en position haute. Il suffit alors d'actionner des moyens de remplissage en liquide de contre-pression,moyens disposes de préférence enpartie haute du réservoir à un niveau voisin de celui des moyens de vidange, et constitués par exemple (figure 1) par une -8- conduite 30, une vanne 31 et un compteur volumétrique 32 permettant l'admission d'un volume prédétermine. Il est important d'insister sur la position de l'orifice de vidange, qui est choisie en fonction du vo- lume maximal de liquide de contre-pression, et de préfé- rence à une distance du niveau de la ligne de flottaison représenté par le rapport Vmax/S o Vmax est ce volume maximal et S l'aire de la couronne formée par le plan du liquide de contre-pression. L'importance de ce niveau vient notamment de ce que, 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 flot- taison reste supérieur à celui de l'orifice de prise de vidange 23, afin que la vidange soit complète. En outre, la position haute de cet orifice évite aussi un soutirage intempestif du liquide de contre-pression en raison d'un emplacement généralement situé hors de la zone normale de débattement du toit. Les figures 3 et 4 illustrent un moyen permet- tant d'éviter l'obturation de l'orifice de prise de vidange par la membrane souple lors de la vidange du liquide de contre-pression; 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'obtura- tion de l'orifice de prise de vidange 23 tout en laissant passer le liquide latéralement. Notons que le volume du liquide de contre- pression est prédéterminé lors du premier remplissage du réservoir vide, comme en utilisation après vidange du liquide de contre-pression, avec toit en position haute. 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 --9- 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'in- troduisent en fait qu'une perturbation négligeable, car le casse-siphon, qui est très éloigné de sa communication 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 caractéristi- ques figurant aux revendications. -10- 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, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (23, 24, 25) permettant d'effectuer la vidange du volume de liquide de contre-pression lors- que le toit (3) est en position haute, ces moyens étant disposés en partie haute du réservoir de façon que la membrane souple (4) permette l'expulsion du liquide de contre-pression sous l'effet de la pression exercée par le liquide contenu dans le réservoir. 2. Réservoir à toit flottant selon la revendi- cation 1, caractérisé par le fait que les moyens de vidange sont essentiellement constitués par un orifice de prise de vidange (23) traversant la paroi du réservoir (2) en partie haute de celui-ci, ledit orifice étant connecté à une canalisation de vidange classique (24) extérieure à ladite paroi. 3. Réservoir à toit flottant selon la revendi- cation 2, caractérisé par le fait que l'orifice de prise de vidange (23) est disposé au voisinage et en dessous du niveau (28) qu'occupe le liquide dans le réservoir lorsque le toit (3) est amené, au remplissage dudit réservoir, en appui contre des butées hautes (22) définissant la position de hauteur maximale dudit toit. 4. Réservoir à toit flottant selon la revendi- cation 3, caractérisé par le fait que le niveau de l'ori- fice de prise de vidange (23) est choisi en fonction du volume maximal de liquide de contre-pression, et de pré- férence à une distance du niveau de la ligne de flottaison (28) représenté par le rapport dudit volume maximal à l'aire de la courone forme par le plan du liquide de contre-pression. -11- 5. Réservoir à toit flottant selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait qu'il com- porte intérieurement un moyen (33) évitant l'obturation de l'orifice de prise de vidange (23) par la membrane souple (4). 6. Réservoir à toit flottant selon la revendi- cation 5, caractérisé par le fait que le moyen évitant l'obturation se compose essentiellement d'un élément plat (33) fixé sur la paroi latérale interne, et présen- tant une portion en saillie de façon à éviter tout contact direct au niveau de ladite paroi entre l'orifice de prise de vidange et la membrane souple. 7. Réservoir à toit flottant selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il com- porte en outre des moyens de remplissage (30, 31, 32) en liquide de contre-pression, lesdits moyens étant disposés en partie haute du réservoir à un niveau voisin de celui des moyens de vidange.