Brevet FR2586083A1 — publié le 19870213

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR AMELIORER L'ISOLATION THERMIQUE D'UNE CUVE ETAN CHE ET THERMIQUEMENT ISOLANTE DESTINEE AU STOCKAGE D'UN GAZ LIQUEFIE. La présente invention concerne un procédé pour améliorer l'isolation thermique d'une cuve étanche et thermiquement iso lante destinée au stockage d'un gaz liquéfié à basse température ainsi qu'un dispositif mettant en oeuvre ce procédé. Une telle cuve peut être intégrée à la structure porteuse d'un navire transporteur de gaz liquéfié ou constituer une cuve de stockage terrestre. Dans les brevets français n 1 438 330, n 2 105 710, n 2 146 612 et n 2 413 260, on a déjà décrit la réalisation d'une cuve étanche et isolante intégrée à la structure porteuse d'un navire et constituée par deux barrières d'étanchéité successives : une primaire au contact avec le gaz liquéfié trans porté, et une secondaire disposée entre la barrière primaire et la structure porteuse du navire. Ces deux barrières d'étan chéité sont alternés avec deux couches d'isolation thermique appelées barrières isolantes. Le transport par mer de gaz liqué fié à très basse température s'effectue avec un taux d'évapo ration par jour de navigation que l'on a amené, avec les systèmes antérieurement proposés, à un niveau suffisamment bas pour qu'il soit considéré comme satisfaisant sur le plan économique.On tolère généralement une évaporation de 0,25% pour un navire ayant une capacité de 130.000 m3 en ------------ poids par jour de transport : le gaz ainsi évapore est utilisé dans les machines de propulsion des navires transporteurs. Cependant, on prévoit que la propulsion des navires transporteurs pourra être assurée de façon plus économique qu'en brûlant un combustible noble tel qu'un gaz à forte teneur en méthane. C'est pourquoi il y a intérêt à réduire autant que possible l'évaporation du gaz liquéfié transporté, ce qui implique que l'on améliore l'isolation thermique des cuves correspondantes. On a déjà proposé un certain nombre de systèmes de cons truction de cuves dans lesquels l'isolation met en oeuvre des panneaux de mousse plastique (voir à cet égard par exemple le brevet français 2.413.260). La mousse plastique a de très bonnes caractéristiques d'isolation thermique et, par conséquent, si l'on augmente légèrement les épaisseurs mises en oeuvre, on peut espérer réduire les échanges thermiques au cours du transport et, par suite, les pertes par évaporation. Cependant, l'un des inconvénients essentiels de l'utilisation des mousses plastiques est leur prix de revient élevé. Si l'on peut tolérer économiquement l'utilisation des mousses plastiques en épaisseur réduite, par contre, l'augmentation de la quantité de mousses à mettre en oeuvre parait constituer un sérieux handicap sur le plan du prix de revient. On est donc tenté de revenir aux barrières isolantes qui ont été proposées dans les brevets français 1.438.330, 2.105.710 et 2.146612 : ces barrières isolantes sont constituées par des caissons parallélépipédiques remplis d'un calorifuge; ces caissons comportent des parois et des entretoises porteuses internes disposées perpendiculairement aux barrières d'étanchéité de la cuve pour résister à la pression hydraulique exercée nar le liquide contenu dans la cuve. Malheureusement, si l'on augmente l'épaisseur des caissons isolants d'une barrière isolante, on augmente considérablement le risque de flambement desdites parois des caissons ainsi que des entretoises porteuses qu'ils contiennent.Si l'on veut augmenter cette résistance au flambement des caissons et de leurs entretoises porteuses internes, il faut augmenter la section de ces entretoises, ce qui augmente d'autant les ponts thermiques établis entre le gaz liquéfié et la structure porteuse du navire. Avec une telle structure à caissons, on se trouve donc devant une quasi-impossibilité d'augmenter l'épaisseur des barrières d'isolation de la cuve, ce qui constitue une limitation de l'ef- ficacité de l'isolation. En outre, si on augmente l'épaisseur des caissons, on constate qu'il se produit à l'intérieur de ces caissons des courants de connexion gazeux dûs à l'augmentation des gradients de température entre deux parois successives : ces courants de convexion sont très défavorables pour l'obtention d'une bonne isolation thermique. Dans les brevets français n0 2 264 712 et r. 2 398 961 ont été décrites respectivement une cuve intégrée à la structure porteuse d'un navire et une cuve de stockage terrestre. Ces cuves sont constituées par deux barrières d'étanchéité successives, l'une primaire au contact des gaz liquéfiés et l'autre secondaire disposée entre la barrière primaire et la cloison externe de la cuve, Ces deux barrieres d'étanchéité sont alternees avec deux barrières thermiquement isolantes. Les barrières d'étanchéité définies dans cet étac de la technique sont constituées de tôles d'invar soudées à bords releves les barrières d'isolation sont, quant à elles, constituées de caisses remplies A 'un isolant thermique particulåire. Un des buts de la présente invention est de fournir un procédé pour améliorer l'isolation thermique d'une cuve étanche et thermiquement isolante destinée au stockage d'un gaz liquéfié, qui permet de réduire les pertes par évaporation sans pour autant augmenter le prix de revient de la structure de stockage. Un autre but de l'invention est de fournir un tel procédé dé, qui peut étre utilisé pour améliorer l'isolation thermique de la plupart des types de cuves de stockage de gaz liquéfié actuellement connues, pour ne pas dire toutes. Un objet de l'invention est un dispositif pour améliorer l'isolation thermique d'une cuve étanche et thermiquement iso lante destinée au stockage d'un gaz liquéfié qui peut être disposé à ivintérieur de la paroi de cette cuve sans en augmenter notablement le prix de revient. Ces buts et cet objet, ainsi que d1autres qu apparal- tront par la suite, sont atteints grâce à un procédé pour améliorer l'isolation thermique d'une cuve étanche et thermiquement isolante destinée au stockage d'un gaz liquéfié à basse température et constituée d'au moins une barrière d'étanchéité et d'au moins une barrière isolante prévue entre cette dernière et la cloison externe de la cuve. Selon la présente invention, ce procédé consiste à introduire dans la barrière isolante un flux froid généré par le gaz vaporisé dans la cuve et à évacuer ledit gaz Vaporisé après y avoir ainsi préleve des frigories. Dans le cas où la cuve est constitué de deux barrières d'étanchéité successives, l'une primaire en contact avec le gaz liquéfié et l'autre secondaire disposée entre la barrière primaire et la cloison externe de la cuve, une barrière d'iso- lation secondaire étant prévue entre la barrière d'étanchéité secondaire et la cloison externe de la cuve, cn introduit, de préférence, ce flux froid dans la barrière isolante secondaire. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le flux froid est obtenu par une circulation du gaz vaporisé lui-même. Selon ur. second mode de réalisation de l'irvention, le flux froid est obtenu par une circulation d'un gaz inerte qui est refroidi par le gaz vaporise' au travers d'un échangeur de chaleur. De préférence, lorsque le gaz liquéfié stocké est un gaz naturel combustible, le gaz vaporisé, après avoir généré un flux froid dans la barrière isolante, est ultérieurement brûlé. La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, qui comprend un système pour récupérer et évacuer le gaz liquéfié vaporisé et un réseau de tuyauteries disposé dans la barrière isolante et relié à ce système de récupération et d'évacuation. Lorsque la cuve de stockage est constituée de deux bar rlères d'étanchéité successives, l'une primaire en contact avec le gaz liquéfié et l'autre secondaire disposé 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 cette cuve, le réseau de tuyauteries est, de préférence, disposé â l'in térieur de la barrière d'isolatIon secondaire. Selon un premier mode de réalisation, le système de récupération et d'évacuation du gaz vaporisé est constitué par une cheminée plongeant dans la cuve et fermée à sa partie supérieure, le réseau de tuyauteries étant, d'une part, connecté à cette cheminée et, d'autre part, relié à un dispositif pour évacuer les gaz. Selon un second mode de réalisation de l'invention, le système de récupération et d'évacuation est constitué par une cheminée plongeant dans la cuve et fermée à sa partie supérieure, qui est reliée à un échangeur de chaleur, lui-même connecté à un organe d'évacuation du gaz vaporisé, le réseau de tuyauteries, dans lequel circule le flux froid, étant, lui aussi, relié à cet échangeur de chaleur. Ainsi qu'on aura pu le comprendre, une cuve étanche et thermiquement isolante selon l'invention comporte donc dans sa paroi une enveloppe froide qui est maintenue par récupération d'énergie à partir du gaz évaporé. La description, qui va suivre et qui ne présente aucun caractère limitatif, doit être lue en se référant au dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 représente schématiquement une vue partielle d'une coupe transversale d'une cuve qui comporte deux barrières d'isolation thermique et qui est munie d'un dispositif selon la présente invention - la figure 2 est la coupe II-II de la figure 1, dont un détail (cerclé) a été agrandi pour constituer la figure 2A - la figure 3 représente une vue schématique d'une coupe transversale d'une cuve, qui comporte deux barrières d'isolation et qui est munie d'un dispositif selon un second mode de réalisation de la présente invention - la figure 4 est une coupe partielle de la paroi d'une cuve ne comportant qu'une seule barrière d'étanchéité métallique et deux barrières d'isolation thermique ; la seconde barrière d'étanchéité étant constituée par un complexe thermosoudable ou thermocollable (de préférence en trois composants film d'aluminium + film de polyéthylène + tissus de coton) inséré entre les deux barrières d'isolation thermique. - la figure 5 représente schématiquement en coupe transversale une cuve sphérique thermiquement isolée munie d'un dispositif selon la présente invention ; et - la figure 6 représente une vue extérieure en perspective du réseau de tuyauteries de la cuve représentée à la figure 5. Le même procédé pouvant s'appliquer à une cuve de forme prismatique ayant également une barrière d'isolation thermique extérieure à la cuve. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1,une cuve étanche et thermiquement isolante, destinée au stockage d'un gaz naturel liquéfié à basse température dans un navire transporteur de gaz, comprend une paroi constituée par deux barrières d'étanchéité successives, une primaire 1 au contact avec le gaz liquéfié 2, et une secondaire 3 disposée entre la barrière primaire 1 et la structure porteuse 4 du navire ces deux barrières d'étanchéité sont alternées avec deux couches d'isolation thermique appelées barrières isolantes. La barrière d'isolation thermique primaire comprise entre les deux barrières d'étanchéité 1 et 3 est désignée par 5 ; la barrière d'isolation secondaire comprise entre la barrière d'étanchéité secondaire 3 et la structure porteuse 4 est désignée par 6. Selon le présent exemple de réalisation, la barrière d'isolation secondaire 6 est constituée de deux couches juxtaposées 6a et 6b, comme décrit dans le brevet français nO 2 527 544. Le dispositif selon la présente invention comprend un système pour récupérer et évacuer le gaz vaporisé, ainsi qu'un réseau de tuyauteries disposé dans la barrière d'isolation secondaire 6. Le système de récupération et d'évacuation du gaz liquéfié est constitué par une cheminée 7, qui plonge dans la cuve et qui est fermée à son extrémité supérieure. Le réseau de tuyauteries comprend un collecteur de départ 8 du gaz vaporisé, qui est directement relié à la cheminée 7 et duquel partent des conduits 9 ; les conduits 9 entourent la cuve et sont disposés dans la barrière d'isola tion secondaire 6. Ce réseau comprend également un collecteur retour 10 auquel aboutissent les conduits 9 et qui est relié à un dispositif pour brûler les gaz. Dans le cas où la cuve est montée sur un navire transporteur, ce dispositif pour brûler les gaz est constitué par les machines de propulsion de ce navire. Lorsque la cuve comporte une barrière d'isolation secon daire 6 constituée de deux couches 6a et 6b,ce réseau de con duits9 est disposé à l'interface entre les deux couches 6a et 6b, comme représenté aux figures 2 et 2A. La barrière d'isolation secondaire 6 est constituée de deux couches 6a et 6b iuxtaposées d'élements calorifuges sensiblement parallélépipédiques : la première couche 6a est disposée contre la structure porteuse 4 du navire ;la seconde couche 6b est disposée entre cette première coucne 6a et la barrière d'étanchéité secondaire 3. La première couche 6a de la barrière d'isolation secon daire 6 est I---- constituée par un ensemble d'éléments cal-- rifuges sensiblement parallélépipédiquesqul sont fixés contre la structure porteuse 4 du navire par des organes de retenue solidaires de cette structure. Chaque organe de retenue coopère avec des moyens de fixation disposés en bordure des éléments calorifuges de la barrière isolante secondaire. Ces éléments sont séparés les uns des autres par des zones de joints 12 sensiblement rectilignes. Les conduits 9 sont disposes dans une encoche située à l'extrémité des zones de joints 12 au contact de la deuxiè me couche 6b de la barrière d'isolation thermique 6. Ces zo nes de joints 12 sont réalisées en une mousse plastique notamment à base de polyuréthane ou de polyéthylene. Pour le second mode de réalisation de l'invention repré senté à la figure 3, les éléments analogues à ceux de la figure i portent les mêmes références ; ce second mode de réalisation concerne également une cuve de navire transporteur de gaz naturel liquéfié ; le systène de récupération et d'évacuation du gaz vaporisé comprend une cheminée 7, qui est reliée à un échangeur de chaleur 13 : le gaz vaporise est donc récupéré dans la cheminée 7 puis circule dans l'échangeur de chaleur 13 avant d'être évacué en 14 vers un dispositif de brûlage tel que par exemple les machines de propulsion d'un navire. Dans cet exemple de réalisation, le collecteur de départ 8 et le collecteur de retour 10 sont reliés à un faisceau tubulaire 13a de cet échangeur de chaleur 13 ; un réseau de tuyauteries 9 est, comme dans l'exemple précédent, branché entre les collecteurs 8 et 10 ; dans ce réseau ainsi bouclé circule un fluide gazeux, tel que de l'azote, qui est refroidi, au niveau du faisceau 13a de l'échangeur de chaleur 13, par le gaz vaporisé issu de la cheminée 7et qui est mis en circulation par la pompe 8a. Sur les figures 1 et 3, les flèches partant des conduits 9 figurent l'écoulement du flux thermique froid dans l'isolation. Une autre structure possible de la paroi d'une cuve est représentée en coupe à la figure 4 : celle-ci est constituée d'une barrière d'étanchéité 20 au contact du gaz liquéfié et d'une barrière d'isolation thermique 21 disposée entre cette barrière d'étanchéité 20 et la cloison externe 22 de cette cuve. Cette barrière d'isolation thermique 21 comprend une couche primaire 21a au contact de la barrière d'étanchéité et une couche secondaire 21b située entre l'enveloppe externe 22 et la couche primaire 21a. Entre ces deux couches sont disposées des lattes 24 qui les maintiennent écartées l'une de l'autre. De ce fait, des espaces 25 sont ménagés entre ces deux couches, dans lesquels peuvent être disposés des conduits 9 constituant le réseau de tuyauteries ; les espaces 25 peuvent constituer eux-mms les conduits de circulation du fluide gazeux inerte refroidi quand on en utilise un, comme dans l'exemple de la figure 3 ci-dessus décrit. On peut utiliser l'azote et se servir de cette circulation d'azote pour balayer l'isolation en vue de la sécurité en cas de fuite. Ainsi que cela a été dit précédemment, les figures 5 et 6 sont relatives à une cuve sphérique qui peut, tout comme les précédentes d'ailleurs, être située à terre ou à bord d'un navire transporteur de gaz liquéfié tel qu'un méthanier. Le dispositif comprend, d'une part, un système de récupération et d'évacuation du gaz évaporé constitué par une cheminée 30 débouchant dans la cuve et fermée à son autre extrémité , et, d'autre part, un réseau de tuyauteries. Ce réseau comprend un collecteur de départ 31 relié à la cheminée 30 et duquel partent des conduits 32 situés dans des plans méridiens de cette cuve, et au moins un collecteur de retour 33 permettant d'évacuer le gaz vers un dispositif pour le brûler tel que par exemple les machines de propulsion du navire. Comme pour maintenir cette cuve sphérique en position, il est nécessaire de prévoir, dans le plan équatorial de celle-ci, un anneau-support, le réseau de tuyauteries comprend un ensemble pour chaque hémisphère. Un premier ensemble pour l'hémisphère supérieur situé du côté de la cheminée 30 comprend un premier collecteur de départ 31 duquel partent des premiers conduits 32 ; ces conduits 32 sont situés dans des plans méridiens de la cuve et débouchent dans un premier collecteur retour 33, qui permet d'évacuer le gaz par un premier conduit d'évacuation 34 et qui est sensiblement disposé dans le plan équatorial de la sphère.Un second ensemble identique au premier, comprend un second collecteur de départ 41 également relié à la cheminée 30, situé au-dessous de l'anneau-support équatorial, duquel partent des seconds conduits 42 qui débou chent dans un second collecteur retour 43 permettant d'évacuer les gaz par un second conduit d'évacuation 45. Il apparait donc, selon la présente invention, que l'on réalise dans la paroi d'une cuve étanche et thermiquement isolante destinée au stockage d'un gaz liquéfié, une enveloppe froide permettant d'améliorer ainsi l'isolation thermique de cette cuve concurremment avec d'autres procédés et dispositifs tels que, par exemple, la mise sous pression réduite de la barrière d'isolation thermique. En effet, le gaz circulant dans le réseau de tuyauteries, qu'il s'agisse du gaz liquéfié évaporé lul-meme ou d'un gaz tel que de l'azote, refroidi par ce dernier au moyen d'un échangeur de chaleur, cèae ses frigories au milieu dans lequel le réseau est situé il permet ainsi de diminuer les pertes de gaz stocké Bien évidemment, les divers exemples de réalisation précédemment décrits peuvent être combinés entre eux sans que l'on sorte du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour améliorer l'isolation thermique d'une cuve étanche et thermiquement isolante destine au stockage d'un gaz liquéfié à basse température et constituée d'au moins une barrière d'étanchéité et d'au moins une barrière isolante prévue entre cette dernière et la cloison externe de la cuve, caractérisé par le fait que l'on introduit dans ladite barrière isolante un flux froid généré par le gaz vaporisé dans la cuve et qu'on évacue ledit gaz vaporisé après y avoir ainsi prélevé des frigories. 2 - Procédé selon la refendication 1, dans lequel ladite cuve est constituée de deux barrières d'étanchéité successives, l'une primaire (1) au contact avec le gaz liquéfié (2) et une secondaire (3) disposée entre ladite barrière primaire (1) et la cloison externe (4) de ladite cuve, une barrière d'isolation secondaire (6) étant prévue entre ladite barrière d'étanchéité secondaire (3) et la cloison externe de la cuve, caractérisé par le fait que l'on introduit ledit flux froid dans ladite barrière isolante secondaire (.6). 3 - Procédé selon l'ure des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit flux froid est obtenu par une circulation du gaz vaporisé luiçmeme. 4 - Procédé selon l'une des revendications ' ou c, caractérisé par le fait que ledit flux froid est obtenu par une circulation d'un gaz inerte, qui est refroidi par le gaz vaporisé au travers d'un échangeur de chaleur (13). 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le gaz liquéfié stocké est un gaz naturel comoustible, caractérisé par le fait que le gaz vaporisé est brûlé, après avoir été évacué. 6 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des reqendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comprend un système pour récupérer et évacuer le gaz liquéfié vaporisé dans la cuve et un réseau de tuyauteries disposé dans la barrière isolante et relié à ce système de récupération et d'évacuation. 7 - Dispositif selon la revendication 6, dans lequel la cuve de stockage est constituée de deux barrières d'étanchéité successives, l'une primaire (1) en contact avec le gaz liquéfié (2) et l'autre secondaire (3) disposée entre ladite barrière (1) et la cloison externe (4) de ladite cuve, une barrière d'isolation secondaire (6) étant prévue entre la barrière d'étanchéité secondaire (3) et la cloison externe (4) de cette cuve, caractérisé par le fait que le réseau de tuyauteries est disposé à l'intérieur de ladite barrière d'isolation secondaire (6). 8 - Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que le système de récupération et d'évacuation du gaz vaporisé est constitué par une cheminée (7,30) plongeant dans ladite cuve et fermée à sa partie supérieure, le réseau de tuyauteries étant, d'une part, connecté à cette cheminée (7,30) et, d'autre part, relié à un dispositif pour évacuer les gaz (10, 14, 34, 45). 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit réseau de tuyauteries comprend un collecteur de départ (8, 31, 41) du gaz vaporisé, qui est relié à la cheminée (7, 30) et duquel partent des conduits (9, 32, 42), qui entourent ladite cuve et qui sont disposés dans la barrière d'isolation, ce réseau comprenant également un collecteur retour (10, 33, 43) auquel aboutissent lesdits conduits (9, 32, 42) et qui est relié à un dispositif pour évacuer les gaz (10, 34, 45). 10 - Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que ledit système de récupération et d'évacuation est constitué par une cheminée (7) plongeant dans la cuve et fermée à sa partie supérieure, qui est reliée à un système échangeur de chaleur (13), lui-même connecté à un système (14) pour évacuer le gaz vaporisé, le réseau de tuyauteries qui permet l'introduction du flux froid étant lui-même relié à cet échangeur de chaleur (13). 11 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le réseau de tuyauteries comprend un collecteur de départ (8) relié audit échangeur de chaleur (13), duquel partent des conduits (9) qui entourent la cuve et qui sont disposés dans la barrière d'isolation, ce réseau comprenant également un collecteur retour (10) relié audit échangeur de chaleur (13), un fluide gazeux inerte circulant dans ledit réseau de tuyauteries (8, 9, 10).