Brevet FR2643701A1 — publié le 19900831

RESERVOIRS DE STOCKAGE DE GAZ OU DE LIQUIDES, NOTAMMENT DE FORME SPHERIQUE OU CYLINDRIQUE, A ISOLATION THERMIQUE ET PROTECTION INCENDIE RENFORCEES. L'invention concerne des réservoirs de stockage de gaz ou de liquides, notamment de forme sphérique ou cylindrique, à isolation thermique et protection incendie renforcées. L'invention concerne plus particulièrement les réservoirs de ce type de très grandes dimensions (plusieurs mètres de diametre pour les réservoirs sphériques ou plusieurs dizaines de mètres- de long pour les réservoirs cylindriques). On sait que, dans le domaine de l'isolation thermique et de la protection incendie des réservoirs métalliques, on utilise des techniques différentes suivant qu'il s'agit de réservoirs contenant des liquides ou des gaz à des températures supérieures ou inférieures à la température ambiante. En effet, des précautions sont à prendre pour éviter, d'une part, les phénomènes de condensation dans l'isolant, lorsque les réservoirs sont à température positive, mais inférieure à la température ambiante, d'autre part, les phénomènes de condensation et de formation de glace dans l'isolant, lorsque les réservoirs sont à température négative. En effet, lthumidité dans l'isolant augmente les déperditions calorifiques; la formation de glace dans l'isolant entrain Sa destruction, mais peut aussi, en raison du développement rapide du volume et du poids de glace, provoquer des désordres dans tout ou partie du réservoir; l'eau de condensation dans l'isolant, bien qutil s'agisse d'eau distillée, devient agressive après contact avec les matériaux présents. Pour obtenir l'isolation thermique et la protection incendie désirées, on utilise divers isolants en fonction des températures des produits stockés et des caractéristiques du feu probable. Les isolants de type polyuréthane projeté ou collé et polystyrène collé (cellulaire collé) ne sont pas utilisables en raison de leur mauvais comportement à la chaleur (bas point de fusion, risque d'inflammation, dégagement de fumées et gaz nocifs..). Au-dessus de 200C, la double fonction susmentionnée est assurée par l'un des systèmes ci-après - fibres céramiques ou fibres de roche sous tôle vissée ou rivée - flocage de fibres de roche sous tale vissée ou rivée. Entre 10 et 200C, il est déjà nécessaire de réduire les risques de condensation ; la double fonction est assurée par le système verre cellulaire-collé et jointoyé, et enduit de ciment + vermiculite projeté. Entre O et 100C, il faut empêcher toute pénétration d'humidité dans l'isolant ; la double fonction est assurée par le système verre. cellulaire collé et jointoyé, parevapeur et enduit de ciment + vermiculite projeté. Au-dessous de OOC, il faut empêcher toute pénétration d'humidité dans l'isolant et la protection incendie ; la double fonction est assurée par le système verre cellulaire collé et jointoyé, enduit de ciment + vermiculite complètement débarrassé de son eau libre, et pare-vapeur. Cependant, les inconvénients des systèmes habituels d'isolation thermique et protection incendie combinés, appliqués à des réservoirs de température de service inférieure à OOC, proviennent essentiellement du fait qu'il faut éviter à tout prix la pénétration d'eau dans l'isolant et dans la protection incendie. Le pare-vapeur ne peut pas être placé entre 11 isolant et la protection incendie, car la condensation et les cycles gel/dégel dans la protection incendie conduiraient immanquablement à des fissurations et altérations de sa tenue dans le temps. Pour que le pare-vapeur puisse être placé à l'extérieur du complexe isolant-protection incendie, il faut que celui-ci soit exempt d'eau libre. Comme l'enduit ciment+vermiculite projeté est à base de riant hydraulique, il faut attendre le séchage complet -avant d'appliquer le pare-vapeur. Dans le cas de enduit projeté, le séchage naturel total est pratiquement impossible, même en attendant plusieurs mois. I1 faudrait pour y parvenir, faire un étuvage long et coûteux. Dans les deux cas, le délai est incompatible avec le processus de réalisation des travaux. I1 serait possible d'utiliser des éléments préfabriqués en ciment+vermiculite, étuvés au préalable, fixés mécaniquement sur l'isolant, et recouverts dtun pare-vapeur, mais les joints entre ces éléments ne doivent pas présenter un point faible du point de vue de la protection incendie, et la façon de les réaliser sans introduction de liant hydraulique n'a pas été résolue de façon satisfaisante. La protection incendie du type enduit ciment + vermiculite présente une caractéristique particulière, lors dtune exposition au feu, du fait même du liant hydraulique entrant dans sa composition. En effet, à partir de 1000C; 11 eau de cristallisation du ciment est libérée sous forme de vapeur et, pendant toute la durée de cette vaporisation, la température du produit reste voisine de 100 C; cette durée est appelée "palier de vaporisation". Lorsque toute l'eau de cristallisation est libérée, le produit monte en température plus ou moins vite, suivant son épaisseur et sa composition, d'une part, et suivant la capacité thermique du support, d'autre part. Si le support est directement le métal de la paroi du réservoir, la montée en température sera d'autant plus rapide que l'épaisseur de métal sera faible (faible capacité thermique). Si le support est l'isolant thermique (assimilé à une faible capacité thermique), la montée en température de la protection incendie sera très rapide, quelle que soit la massiveté de la paroi du réservoir située derrière l'isolant thermique. Il en résultera que l'armature placée dans les matériaux de protection incendie pour assurer leur maintien sera portée à une très haute température et ne pourra plus supporter les poids cumulés de la protection incendie et de l'isolant, dans le cas des réservoirs de grandes dimensions, tels que des sphères, par exemple. Par ailleurs, les réservoirs contenant des gaz ou liquides dangereux sont soumis périodiquement à des contrôles de structure (absence de corrosion, de fissures, de fatigue,...). Lorsque ces réservoirs sont revêtus d'un isolant thermique ou/et d'une protection incendie, il est nécessaire de pratiquer des ouvertures dans ces revêtements en des endroits déterminés, pour procéder à des mesures, ou de retirer complètement ces revêtements, pour procéder à un examen complet de l'état de surface (peinture et absence de corrosion). Ces opérations sont très coûteuses et entraient une immobilisation de l'installation (durant plusieurs mois dans le cas des sphères). De plus, les pare-vapeurs traditionnels sont en des matériaux qui ont une perméabilité à la vapeur d'eau non nulle, qui conduit inévitablement à une condensation et à une formation de glace progressives. Ces phénomènes entratnent un vieillissement prématuré de l'isolant, ce qui oblige à réaliser une peinture efficace et coûteuse du réservoir pour limiter la corrosion, d'une part, et à remplacer l'isolant après quelques années d'utilisation, d'autre part. L'invention vise à remédier à ces inconvénients de la technique connue en proposant des réservoirs de stockage de gaz ou de liquides qui possèdent une double fonction d'isolation thermique et de protection incendie produisant ses effets aussi bien lorsque les produits stockés sont froids que lorsqu'ils sont à des températures plus élevées, quelles que soient les conditions de l'atmosphère ambiante. L'invention a aussi pour but de proposer des réservoirs de ce type dans lesquels l'isolant thermique est protégé efficacement de toute eau de condensation par une enveloppe externe imperméable aux gaz. L'invention a également pour but de proposer des réservoirs de ce type dont l'enveloppe externe soit apte à compenser par déformation les dilatations provoquées par les variations de température ambiante. L'invention vise aussi à proposer des réservoirs de ce type, qui, malgré le système d'isolation thermique et de protection incendie dont ils sont équipés, soient d'un accès facile en vue des opérations de maintenance. L'invention a enfin pour but des réservoirs de ce type qui puissent être réalisés aisément par des moyens usuels dans la technique. A cet effet, l'invention a pour objet un réservoir de stockage pour gaz ou liquides, comprenant au moins une couche externe en un matériau thermiquement isolant apte à assurer une protection contre 1-' incendie, ce réservoir étant caractérisé en ce que ledit matériau isolant est supporté par une ossature rigide portée par le réservoir et appliquée contre les parois externes de celui-ci et en ce que ce matériau isolant est séparé de façon étanche de l'atmosphère ambiante par une enveloppe métallique externe continue, constituée d'éléments minces soudés entre eux en continu de façon étanche aux gaz. Dans cette définition de l'invention, le terme "réservoir" englobe aussi bien des réservoirs sphériques ou cylindriques que des réservoirs de formes éventuellement plus complexes. Le terme "minces" s'applique à des éléments ayant une épaisseur de l'ordre de 0,5 à 1 mm. L'ossature supportant le matériau isolant pourra être portée par le réservoir sans éléments de fixation sur celui-ci et, dans le cas de réservoirs sphériques ou cylindriques, elle comprendra des membrures circulaires épousant la forme de réservoir et réunies entre elles par des entretoises appliquées contre la paroi du réservoir. On notera que cette ossature, en contact direct avec la paroi externe du réservoir, sera sensiblement à la température de celui-ci et ne subira donc pas de contractions ou de dilatations en fonction des variations de la température externe. Le matériau isolant sera de préférence réalisé sous forme de plaques jointives ou de nappes, qui seront portées par l'ossature et solidaires de celle-ci. Des pointes ou des goujons de cette ossature peuvent traverser les plaques d'isolant et être ensuite rabattus contre celles-ci pour assurer leur maintien en position. Des éléments auxiliaires de fixation pourront aussi entre rendus solidaires de l'extrémité libre des pointes ou des goujons, après mise en place des plaques d'isolant sur ceux-ci. -Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, l'isolant thermique sera constitué essentiellement de fibres de roche et/ou de fibres céramiques qui combinent d'excellentes caractéristiques d'isolation thermique et une bonne résistance au feu. L'enveloppe externe sera réalisée à l'aide de plaques ou d'écailles métalliques, par exemple en forme de triangles ou de segments sphériques, qui seront soudées entre elles en continu à l'aide de machines automatiques de soudage par résistance ou par le procédé dit "TIG". La combinaison d'une telle enveloppe externe étanche, qui évite la pénétration d'eau de condensation, et d'un isolant à base de fibres de roche ou de céramique exemptes d'humidité évite toute condensation d'eau à l'intérieur du système d'isolation thermique. L'enveloppe extérieure pourra être en alliages à très faible coefficient de dilatation, par exemple en alliages fer-nickel du type INVAR (marque déposée) ou en métaux ou alliages à coefficient de dilatation normal, en aciers inoxydables par exemple. Dans ce dernier cas, la compensation de la dilatation des éléments constitutifs de ltenveloppe externe se fera par élasticité du métal et non par contraction. L'enveloppe externe pourra simplement reposer, en la comprimant, sur la couche d'isolant ou, éventuellement, être rendue solidaire en certains points de celle-ci. Avantageusement, l'espace compris entre le réservoir et l'enveloppe externe sera maintenu sous vide et sera équipé de moyens de détection de variations de pression connectés à un dispositif d'alarme. Alternativement, l'espace compris entre le réservoir et l'enveloppe externe pourra être maintenu sous une atmosphère d'un gaz inerte sous pression, de l'azote par exemple, et entre équipé de moyens de détection d'une variation de pression connectés à un dispositif d'alarme. Des détecteurs d'humidité reliés à un système d'alarme pourront également être prévus dans l'espace séparant la paroi externe du réservoir de l'enveloppe étanche du système d'isolation thermique et de protection contre l'incendie. L'espace séparant le réservoir et l'enveloppe externe pourra être équipé de sondes d'émetteurs d'ultra-sons ou similaires pour le contrôle périodique de l'état de la structure du réservoir. On notera que, dans son principe, le système conforme à l'invention s'inspire de la technique dite de la "double enveloppe isolante" utilisée depuis environ 20 ans dans les méthaniers pour le transport de gaz liquéfiés, mais, dans ces méthaniers, le système d'isolation thermique et l'enveloppe étanche sont disposés à l'intérieur du réservoir, sans armature, contre la paroi interne du réservoir, et l'on utilise des isolants du type des polymères expansés. Dans le cas d'un réservoir sphérique, l'ossature du système d'isolation pourra comprendre avantageusement deux colliers identiques disposés à l'horizontale sur le réservoir,'de manière à y définir deux calottes polaires, ces colliers étant réunis entre eux par des entretoises espacées de façon sensiblement régulière et tendues entre les colliers le long de méridiens de la sphère, ces entretoises étant réunies par des colliers parallèles équidistants, dont peuvent entre solidaires, en position fixe ou montés coulissants, des crochets de fixation de l'isolant thermique, tandis que, sur chaque calotte sphérique définie pour chaque collier, prend appui une grille formée de deux jeux d'entretoises parallèles équidistantes, décalées entre elles de 900, qui réunissent des points opposés du collier associé et qui portent de façon analogue des crochets de fixation de l'isolant thermique. Naturellement, des ouvertures seront prévues dans le système d'isolation conforme à l'invention pour permettre le passage des pieds ou supports du réservoir. Les dessins annexés illustrent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de mise en oeuvre de l'invention, appliquée à un réservoir sphérique. Sur ces dessins: La figure I est une vue en élévation avec arrachements du réservoir en cours de construction montrant l'ossature support de l'isolant et les blocs isolants assemblés; La figure 2 est une vue éclatée montrant la structure de l'ossature support de l'isolant; Les figures 3 et 4 sont des vues illustrant un autre mode d'assemblage de l'ossature support de l'isolant; La figure 5 est une vue en élévation d'un réservoir terminé; La figure 6 est une vue de dessus de ce réservoir; La figure 7 est une coupe transversale au niveau d'un pilier-support du réservoir. La figure 8 est une vue en perspective d'un élément de forme triangulaire curviligne de l'enveloppe externe étanche aux gaz du réservoir; La figure 9 est une vue en perspective d'un élément ayant le profil d'un secteur sphérique de l'enveloppe externe du réservoir. Commme on le voit sur la figure 1, le réservoir conforme à l'invention, désigné par la référence générale 1, est de forme sphérique et est supporté par des pilierssupports 2. Sur la paroi externe du réservoir repose une ossature comprenant: - deux colliers 3 de mêmes dimensions, appliqués en parallèle à l'horizontale sur le réservoir, sur lequel ils déterminent deux calottes sphériques opposées; - des entretoises 4 équidistantes, tendues entre les colliers 2 suivant des méridiens de la sphère dont les pôles sont définis par lesdites calottes sphériques; - des colliers 5, disposés perpendiculairement aux entretoises 4 qu'ils réunissent entre elles. Comme on le voit sur la figure 2, les colliers 3 peuvent avoir en coupe transversale un profil d'équerre. A une branche 3a de cette équerre, appliquée contre le réservoir, est accrochée l'extrémité recourbée 4a d'une entretoise 4, tandis que l'autre extrémité de l'entretoise est solidaire de la branche 3b du collier perpendiculaire au réservoir, sur laquelle elle est fixée de manière à être tendue à l'aide d'un système de vis 6 et d'écrou 7. Des passants 8 sont ménagés dans les entretoises 4 pour le passage des colliers 5. Ces colliers sont constitués par des fers plats, disposés perpendiculairement aux entretoises 4, parallèlement aux colliers 3. Une de leurs extrémités est solidaire d'une patte 11, qui est recourbée et accrochée à une entretoise 4 au niveau d'un passant 8, tandis que son autre extrémité est engagée dans un passant et recourbée ensuite pour s'y accrocher. Sur les colliers 5 sont montés coulissants des crochets 9, dirigés radialement par rapport au réservoir et dont la pointe, dans le cas présent, est divisée en deux parties par une fente 10. Ces crochets 9 sont destinés à être plantés dans des plaques ou matelas 12 d'un matériau isolant à base de fibres de roche ou de céramique, pour les traverser. I1 suffit ensuite d'enfiler une plaquette ou platine fendue 13 sur la pointe des crochets 9 et de rabattre latéralement ses deux parties d'extrémité sur la plaquette pour maintenir en position les plaques 12 (Figure 2). Pour la partie inférieure du réservoir, où les plaques 12 d'isolant prennent appui sur les plaquettes enfilées à la pointe des crochets, on utilisera avantageusement des plaquettes fendues 13', comportant des bords relevés 13'a. Après que la plaquette aura été enfilée sur la pointe du crochet 9 et que les deux parties d'extrémité 14 auront été rabattues sur cette plaquette, les bords 13'a de celle-ci-seront à leur tour abaissés sur les parties 14 rabattues (voir figure 3). Avantageusement, des cornières métalliques de renfort peuvent etre disposées dans les angles des plaques d'isolant. Bien d'autres systèmes de fixation des plaques d'isolant pourraient être utilisés sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi, par exemple, que sur les colliers 5 pourront entre fixés perpendiculairement des goujons 15 (Figure 4), par exemple en acier inoxydable, munis à leur base d'une douille 17 en céramique, pour rompre les ponts thermiques, et qui après avoir traversé les plaques d'isolant, peuvent entre engagés dans une rondelle 16. La partie de l'ossature reposant sur les calottes sphériques définies par les colliers 3 a la forme d'une grille, constituée par des fers plats 20 et 21, perpendiculaires entre eux, qui réunissent des points opposés du collier (voir figure 1). Comme décrit précédemment, des crochets sont montés coulissants sur ces fers plats pour permettre la fixation de plaques d'isolant. Une fois mise en place la couche d'isolant thermique, on dispose au contact de celle-ci une enveloppe externe étanche aux gaz, constituée d'éléments métalliques soudés entre eux. Sur les calottes sphériques définies par les colliers 3, ces éléments sont des écailles triangulaires 18 (figures 6 et 8), planes ou courbes, juxtaposées avec recouvrement et soudées entre elles. Entre les calottes sphériques, les éléments métalliques formant l'enveloppe externe sont constitués de segments sphériques longitudinaux 19 s'étendant d'un collier 3 à l'autre, juxtaposés et soudés entre eux en continu par des bords relevés (voir figures 5 et 9). Au niveau des passages des piliers-supports 2, les ouvertures de passage sont fermées par des collerettes 20 soudées sur l'enveloppe en continu. On notera que l'enveloppe externe est simplement posée et serrée sur la couche d'isolant thermique. Si nécessaire, elle pourra être rendue solidaire du collier 3 correspondant à la calotte sphérique supérieure. Dans cette éventualité, un collier en forme de cornière pourra entre fixé sur la face inférieure de l'enveloppe et prendre appui sur une couronne en isolant supportée par le collier 3 correspondant. Au niveau des passages de supports de plateformes ou de tuyauteries, l'enveloppe externe étanche est soudée sur ces pièces par des collerettes. Au niveau des passages de tuyauteries, l'enveloppe peut être soudée sur des collerettes solidaires de la tuyauterie ou bien être raccordée à celle-ci par des systèmes à double étanchéité du type presse-étoupe étanche. Par cette technique, il est possible d'équiper des réservoirs de très grandes dimensions d'ensembles d'isolation thermique et de protection contre l'incendie parfaitement étanches aux gaz et qui, par conséquent, suppriment toute condensation d'humidité au niveau de 1' isolant thermique. Du fait de la perméabilité' de l'isolant thermique, il sera possible d'équiper le réservoir de moyens de lutte contre l'incendie aptes à introduire entre ce réservoir et l'enveloppe externe un liquide propre à ralentir les effets de l'incendie. REVENDICATIONS 1.- Réservoir de stockage (1) pour gaz ou liquides, comprenant au moins une couche externe en un matériau thermiquement isolant (12) apte à assurer une protection contre l'incendie, ce réservoir étant caractérisé en ce que ledit matériau isolant est supporté par une ossature rigide (3, 4, 5, 20, 21), portée par le réservoir et appliquée contre les parois externes de celui-ci, et en ce que ledit matériau isolant est séparé de façon étanche de l'atmosphère ambiante par une enveloppe métallique externe continue, constituée d'éléments minces (18, 19) soudés entre eux en continu de façon étanche aux gaz. 2.- Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ossature (3, 4, 5, 20, 21) supportant le matériau isolant est porté par le réservoir (1) sans être liée par des moyens de fixation à celui-ci. 3.- Réservoir selon l'une des révendications 1 et 2, caractérisé en ce que 11 ossature supportant le matériau isolant comprend des colliers circulaires (3) épousant la forme des parties du réservoir et réunies entre elles par- des entretoises (4, 20, 21) appliquées contre la paroi du réservoir. 4.- Réservoir selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau isolant est réalisé sous forme de plaque jointives (12) portées par l'ossature et solidaires de celle-ci. 5.- Réservoir selon la revendication 4, caractérisé en ce que des éléments tels que des crochets (9), des pointes ou des goujons, portés par l'ossature, traversent les plaques (12) de l'isolant et ont leur extrémité libre rabattue contre ces plaques ou contre un élément auxiliaire (13, 13') traversé par ces éléments. 6.- Réservoir selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'isolant- thermique est constitué essentiellement de fibres de roche et/ou de fibres céramiques. 7.- Réservoir selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe externe étanche comprend des plaques ou écailles métalliques (18) planes ou courbes, disposées avec un recouvrement mutuel et soudées les unes aux autres en continu. 8.- Réservoir selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'enveloppe externe étanche comprend des trapèzes curvilignes ou des segments sphériques (19) contigus, soudés bord à bord. 9.- Réservoir~selon l'une des revendications 1 à 8 de forme sphérique, caractérisé en ce que l'ossature supportant le matériau isolant comprend deux colliers identiques (3) disposés en parallèle à l'horizontale sur le réservoir de manière à y définir deux calottes polaires, ces colliers (3) étant réunis entre eux par des entretoises (4) espacées de façon sensiblement régulière et tendues entre les colliers (3) le long des méridiens de la sphère, ces entretoises étant réunis par des colliers parallèles (5) équidistants, tandis que sur chaque calotte sphérique définie par chaque collier prend appui une grille formée de deux jeux d'entretoises (19, 20) parallèles, de préférence équidistantes, décalées entre elles de 900, qui réunissent des points opposés du collier associé. 10.- Réservoir selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites entretoises ou colliers (4, 5, 19, 20) portent des crochets (9) de fixation de l'isolant thermique, éventuellement montés coulissants sur lesdites entretoises. 11.- Réservoir selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'espace compris entre le réservoir et l'enveloppe externe est maintenu sous vide et équipé de moyens de détection d'une variation de pression, connectés à un dispositif d'alarme. 12.- Réservoir selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'espace compris entre le réservoir et l'enveloppe externe est maintenu sous une atmosphère d'un gaz inerte sous pression et est équipé. de moyens de détection d'une variation de pression, connectés à un dispositif d'alarme. 13.- Réservoir selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'espace compris entre le réservoir et l'enveloppe externe est équipé d'au moins un détecteur d'humidité, connecté à un dispositif d'alarme. 14.- Réservoir selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'espace compris entre le réservoir et l'enveloppe externe est équipé de sondes d'émetteurs d'ultra-sons ou autres destinées au contrôle périodique de l'état de la structure du réservoir.