Brevet FR2699494A1 — publié le 19940624

La présente invention concerne un pétrolier équipé d'un dispositif d'aspiration permettant le pompage de la cargaison des cuves accidentellement endommagées et son transfert vers des cuves saines, afin de minimiser les rejets à la mer. Pour prévenir ou minimiser les conséquences d'une avarie coque, les pétroliers sont habituellement cloisonnés et pour les plus récents, équipés de double coque ou de ponts intermédiaires. L'éfficacité de la double coque ou du pont intermédiaire devient nulle s'ils sont aussi endommagés, ce qui est très probable car la double coque est toujours proche de la coque principale et le pont intermédiaire est toujours lié à la coque dans des zones vulnérables. Cette solution technique est d'ailleurs réservée à la construction neuve et pénalise largement la capacité de chargement du navire. Les surcoûts sont très importants et comme pour le cloisonnement, les limites économiques sont vites atteintes. Actuellement, si une ou plusieurs cuves sont endommagées, que le pétrolier soit avec ou sans double coque, avec ou sans pont intermédiaire, il est quasiment impossible de transférer la cargaison de ou des cuves endommagées vers des cuves saines. En effet, l'arrangement classique place les aspirations de la pomperie à proximité des points les plus bas des cuves pour pouvoir les vider au mieux, mais aussi pour garder le maximun de pression hydrostatique à l'entrée des pompes. L'eau de mer, arrivant par une voie d'eau éventuelle, décante au fond des cuves dans la zone d'aspiration car, dans la plupart des cas, l'eau est plus dense que le pétrole. Si on tente de vider les cuves endommagées, l'eau de mer est aspirée en priorité laissant le pétrole en place. Le déséquilibre des pressions hydrostatiques s'aggrave accélérant la venue d'eau. Dans ces conditions la réserve de capacité de stockage du pétrolier est rapidement saturée par l'eau de mer, ce qui interdit la poursuite du pompage et le transfert de la cargaison vers des cuves saines. Le pétrolier équipé selon l'invention n'a pas ces inconvénients. Il comporte en effet, selon une première variante, une aspiration mobile maintenue proche de la surface libre de la cargaison mais restant immergée dans chaque cuve que l'on souhaite protéger. En cas de venue d'eau de mer, l'aspiration mobile aspire en priorité la cargaison car le pétrole est repoussé dans la partie haute de la cuve par la ségrégation gravitaire. On peut ainsi pomper la cargaison d'une ou de plusieurs cuves endommagées et la transférer vers une cuve saine et ce malgré des venues d'eau importantes.En exploitation normale la cargaison est chargée de manière qu'il reste une réserve de stockage au moins égale à la plus grande des quantités contenues dans les cuves protégées, ce qui dans la pratique n'est pas une limitation de capacité car une réserve éxiste déja pour des raisons de flottabilité minimale du navire. Dans certains bacs de stockage à terre on peut trouver des dispositifs d'aspiration flottante, mais ces dispositifs ne sont pas conçus pour supporter les efforts dûs aux mouvements d'un navire et de sa cargaison tout en restant fiables dans ces conditions. Selon un mode particulier de réalisation, l'aspiration mobile de la première variante comprend: -Un élément de tuyauterie mobile, sensiblement droit, articulé à son extrémité la plus basse tandis que son autre extrémité est maintenue proche de la surface de la cargaison grace à un flotteur lié par un lien souple du type cable ou un lien articulé du type chaine. A cet effet la flottabilité du flotteur est choisie supérieure, dans le rapport des bras de levier, au poids de la tuyauterie supposée pleine d'eau. Pour éviter tout risque de redressement de la tuyauterie mobile, en raison de la poussée d'Archiméde et des mouvements du navire, le poids propre de la tuyauterie mobile est choisi supérieur à la poussée d' Archiméde exercée sur la même tuyauterie supposée vide.Le réglage de la longueur du cable ou de la chaine permet d'ajuster la profondeur d'aspiration, c'est à dire la distance de l'aspiration à la surface. Ce réglage est intéressant si on veut par exenple aspirer sous une éventuelle couche de mousse en suface. L'ouverture de la tuyauterie est dans un plan perpendiculaire à l'axe passant par son centre et par l'articulation, de manière à éliminer les effets des forces hydrodynamiques sur l'équilibre de l'équipage mobile. -Un joint tournant qui assure la continuité de l'étanchéité entre le collecteur fixe d'aspiration et la tuyauterie mobile, tout en permettant à cette dernière des mouvements dans un plan perpendiculaire à l'axe principal du joint tournant. Pour pouvoir absorber les déformations dues à la fléxibilité de la coque du navire et de la tuyauterie mobile, le joint tournant est du type rotule tant du point de vue des guidages mécaniques que du point de vue des étanchéités entre les surfaces en mouvement relatif. Pour éviter la reprise des forces dûes à l'éffet de fond, et indroduire des efforts de frottement dans l'articulation préjudiciables à la mobilité de l'équipage, le joint mobile d'étanchéité est doublé par un joint d'étanchéité symétrique de manière à équilibrer et annuler les poussées hydrostatiques sur la partie mobile.Pour diminuer les pertes de charges au changement de direction du fluide véhiculé, le joint tournant est construit autour d'un élément de tuyauterie coudée. L'ensemle est maintenu par deux flasques fixes, démontables, liés rigidement à la structure de la cuve. Un des flasques supporte la rotule du guidage mécanique de la partie mobile. -Un rail de guidage, fixé à la paroi de la cuve, en forme d'arc de cercle ayant la rotule pour centre, assure le guidage de l'extrémité libre de la tuyauterie mobile afin de s'opposer aux nef forts transversaux dûs aux mouvements du navire et de sa cargaison. A cet éffet un sabot est emboîté avec un jeu important sur le rail et fixé démontable sur la tuyauterie mobile dans une zone proche de l'attache du flotteur mais, à une distance telle qu'il ne puisse pas interférer avec ce dernier. Son rôle est de maintenir le mouvement de l'équipage mobile dans un plan sensiblement vertical, perpendiculaire à l'axe de rotation du joint tournant. Dans une seconde variante, l'aspiration n'est plus mobile mais multiple et à plusieurs niveaux, actionnée de manière que le niveau immergé le plus haut soit toujours ouvert. Selon un mode particulier de réalisation, l'aspiration de la seconde variante1 dite aspiration par paliers, est conçue ainsi: -Une tuyauterie fixe verticale comporte à des espaces déterminés des ouvertures annulaires, que l'on appellera sièges, obturables par des tiroirs circulaires. Les tiroirs sont mus, grâce à des liens fléxibles tel que des cables, par des flotteurs annulaires guidés par la tuyauterie. La disposition est telle, que le tiroir du niveau N est actionné par le flotteur du niveau supérieur N+1 lui même au dessus du tiroir du niveau N+1, que l'ouverture annulaire est fermée quand le flotteur est immergé, ouverte dans le cas contraire. Ainsi quel que soit le niveau de la cargaison dans la cuve, toutes les aspirations immergées sont fermées sauf la ou les deux plus hautes. Il y aura donc toujours au moins une aspiration immergée ouverte permettant d'aspirer au plus haut sous la surface libre de la cargaison. -Pour des commodités de réalisation l'étanchéité des tiroirs est obtenue en fin de course de fermeture sur deux portées du siège perpendiculaires à l'axe de la tuyauterie, faisant butées au déplacement axial du tiroir. L'étanchéité au contact est assurée par deux joints d'étanchéité identiques ou légèrement différents en diamètre pour que les forces de pressions hydrostatiques tendent à fermer le tiroir. Le poids du tiroir est cependant supérieur à cette poussée augmentée de la poussée d'Archiméde qu'il subit, pour garantir la descente du tiroir dès que son flotteur n'est plus immergé. Pour assurer la manoeuvre de fermeture, la flotabilité du flotteur est supérieure au poids du tiroir. -Si on appelle Dt le diamètre de la tuyauterie, Ds le diamètre extérieur du siège. Pour avoir des pertes de charges accèptables dans le fluide à l'aspiration, la course du tiroir est voisine de la valeur suivante: Dta/Ds/4. La section verticale de passage est maintenue constante jusque dans le tuyau, d'où la forme conique de la partie inférieure du siège. La partie supérieure du siège est écartée de la partie inférieure par des ailettes liées à cette dernière. Pour éviter l'arc-boutement du tiroir qui ne resterait pas horizontal dans son déplacement, son guidage axial sur les ailettes du siège est seulement précis dans la course proche de la fermeture. En effet le jeu diamètral augmente progressivement dans le sens de l'ouverture jusqu'à atteindre une valeur j légérement supérieure à: Ds X (1-cos(arcsin(Dt2/Dsa/4))). En conséquence les faces externes des ailettes sont sur une enveloppe conique. Quel que soit la variante, le dispositif d'aspiration est, de préférance, installé le plus loin possible de la coque pour être protégé au mieux. S'il est prévu de se raccorder en parallèle sur un système classique d'aspiration, ce dernier doit être obturable à son extrémité par une vanne commandée à distance afin d'éviter l'aspiration en fond de cuve. Pour la construction neuve on préfére un collecteur spécifique des aspirations selon l'invention, tuyauté de manière à être situé à plus de B/5 ou 11.5 mètres du bordé du navire et à plus de B/10 ou 6 mètres du fond du navire, B étant la largeur du navire, pour éviter le risque du réseau classique lui aussi endommagé et inutilisable. La première variante à aspiration mobile, qui a l'avantage de laisser un faible volume impompable, est préférée quand la structure de la coque ne fait pas obstacle au déplacement de l'équipage mobile.La seconde variante ,à aspiration par paliers, est moins performante sur le volume impompable mais s'accommode d'espaces plus restreints. Pour combiner les avantages des deux variantes il est possible d'installer une aspiration selon la première variante en amont d'une aspiration selon la seconde variante. D'autre part, comme l'eau ne peut pas monter dans une cuve endommagée au dessus du niveau de la mer en raison des équilibres hydrostatiques, les dispositifs seront installés de manière à avoir le maximun d'éfficacité entre le niveau de la mer au tirant d'eau maximun et le tiers inférieur de la cuve . Pour des raisons d'entretien ou de facilité de montage dans les pétroliers éxistants, le dispositif selon l'invention est conçu en sous ensembles pouvant passer au travers des trous d'homme des cuves.En particulier le flotteur de l'aspiration mobile peut être, si nécessaire, constitué de plusieurs flotteurs assemblés à l'intérieur de la cuve ou équipé d'une attache non saillante. En exploitation, si le chargement le permet, le niveau dans une cuve latérale est de préférance en desssous ou égal au niveau de la mer pour assurer une dépression hydrostatique en tout point interne de la cuve et éviter ainsi toutes fuites de la cargaison vers l'extérieur en cas de perforation de la paroi. Pour la même finalité, le niveau dans une cuve centrale peut être de préférance tel que, le ratio au point le plus bas de la cuve entre la hauteur de la cargaison et de la pofondeur d'eau ne dépasse pas le ratio de la densité de l'eau de mer par celle de la cargaison. Ces recommandations correspondent à une minimisation du risque de fuites vers l'extérieur mais ne sont pas des conditions de fonctionnement ni d'éfficacité des dispositifs décrits ci dessus. La présente invention apporte une possibilité nouvelle de gestion de la cargaison en cas d'avarie.Un calculateur de bord interfacé avec le calculateur de charge peut faciliter la décision en fonction du chargement, des avaries coque, des dommages structure et des risques de pollution. les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente en coupe, la cuve d'un pétrolier selon l'invention équipée d'une aspiration mobile. La figure 2 représente en coupe, la cuve d'un pétrolier selon l'invention équipée d'une aspiration par paliers. La figure 3 illustre les principes de fonctionnement et d'installation des dispositifs sur un pétrolier selon l'invention par des exemples. La figure 4 représente en coupe A-A , le joint tournant d'une aspiration mobile selon l'invention. La figure 5 représente en coupe B-B , une ouverture annulaire avec son dispositif de fermeture d'une aspiration par paliers selon l'invention. En référence à la figure 1 l'aspiration mobile comprend: -l'élément de tuyauterie mobile (1) guidé par le joint tournant (2) et par le sabot (3) emboîté avec jeu sur le rail (4). Un flotteur (5) qui maintient l'extrémité ouverte de la tuyauterie d'aspiration juste au dessous de la surface libre de la cargaison grace à une chaine de longueur réglable (6). Un reposoir (7) qui supporte l'équipage mobile en niveau bas. Une tuyauterie fixe (8) d'évacuation, reliée au collecteur de la pomperie du navire. En référence à la figure 2 l'aspiration par paliers comprend: -Une tuyauterie verticale (9) comportant, à des espaces déterminés, des sièges munis d'ouvertures annulaires, niveau N: (10), niveau N+1: (11). -Des tiroirs annulaires mobiles d'obturation, niveau N: (12), niveau N+1: (13) tel que le tiroir du niveau N: (12) est actionné par le flotteur du niveau N+1: (14) grâce aux 3 câbles ou tringleries (15) et que le tiroir du niveau N+1: (13) est actionné par le flotteur du niveau N+2 au dessus du flotteur (14) grâce aux 3 câbles ou tringleries (16). -Des supports tels que (17) fixés aux parois de la cuve, le niveau de la cargaison étant représenté en (18). En référence à la figure 3 représente: -En 3a Une cuve de pétrolier (19) endommagée en (20) ayant laissé pénétrer de l'eau de mer (21). A l'équilibre la cargaison (22) et repoussée vers le haut au dessus de l'interface (23). On a aussi représenté le tirant d'eau maximuum (24) toujours au dessus de l'interface (23). -En 3b La figure montre une aspiration mobile (25) avec son flotteur (26) son joint tournant, (27) et le collecteur spécifique des aspirations (28), le collecteur classique étant représenté en (29). Figurent aussi les vannes télécommandées (31) et (32) sur ces collecteurs. -En 3c La figure montre une aspiration par paliers (33) à 6 niveaux avec ses niveaux 1 à 3 fermés, 4 à 6 ouverts ainsi que les 5 flotteurs tel que le flotteur (34). -En 3d La figure montre une aspiration par paliers (35) prolongée par une aspiration mobile (36) et la variante du raccordement sur le réseau d'aspiration classique (29). -En 3e La figure montre le raccordement du collecteur spécifique (28) au collecteur de la pomperie (37) en salle des machines du pétrolier ainsi que la tuyauterie de refoulement (38). -En 3f La figure montre une cuve saine (39) recevant la cargaison d'une cuve endommagée. En référence à la figure 4, le joint tournant, représenté en coupe A-A, d'une aspiration mobile selon l'invention comprend: -une partie mobile constituée par un élément de tuyauterie coudé à 900 de préférence selon le standard 3D (40), un bossage (41) soudé sur (40) dans un axe principal du coude et présentant une excroissance circulaire (42) portant le joint d'étanchéité (43). A l'extrémité du coude dans l'axe du bossage est installé un joint d'étanchéité symétrique (44) de même diamètre que (43) tandis que l'autre extrémité du coude est équipée d'une bride (45) destinée à recevoir la tuyauterie mobile. -Une partie fixe constituée par un sègment de tube (69) ouvert sur un secteur pour permettre les débattements de la partie mobile et de deux flasques latéraux (46) et (47) recevant les portées des joints (43) et (44). Une rotule (49) est enmanchée serrée sur le moyeu (48) du flasque (46) tout en étant montée glissante dans le bossage (41). Cette rotule est ainsi disposée au point de concours des deux axes principaux ortogonaux du coude,qui sont aussi celui de la tuyauterie fixe et celui de la tuyauterie mobile. Le moyeu est percé en (50) de manière à avoir les mêmes pressions intérieure et extérieure sur les deux joints d'étanchéité (43) et (44) afin d'équilibrer et annuler les poussées hydrostatiques qui s'exercent sur la partie mobile. Les portées de ces deux joints sur les flasques (46) et(47) sont des surfaces annulaires sphériques centrées sur la rotule.Pour des commoditées de réalisation ces surfaces annulaires sphériques sont remplacées par leur sufaces annulaires coniques tangeantes (51) et (52). Le flasque (47) est prolongé en (53) pour se raccorder au collecteur fixe d'aspiration, l'ensemble étant maintenu par les tirants (54) et écrous associés. En référence la figure 5 montre une ouverture annulaire, d'une aspiration par paliers, selon l'invention, qui comprend: -Un siége fixe en deux parties; un disque (55) et une seconde partie (56) de forme conique, pour faciliter le passage du fluide, surmontée d'ailettes radiales (57) assurant l'ouverture et l'espacement du disque (55). Le siège est maintenu entre les brides (58) et (59) de la tuyauterie d'aspiration par des tiges filtées (60) traversantes au droit des ailettes et par leurs écrous associés. -Un tiroir mobile constitué d'un élément tubulaire (61) serré entre deux flasques annulaires (62) et (63) maintenus par des tiges filtées traversantes (64) et écrous associés. Les deux flasques portent les deux joints d'étanchéité (65) et (66) tel que le diamètre du joint inférieur (65) soit égal ou légérement plus petit que le joint supérieur (66). L'étanchéité est obtenue quand les flasques du tiroir viennent en butée vers le haut sur les portée du siège (55) et (56). Le mouvement vers le bas est limité quand le flasque (62) s'appuit sur le siége (56). Pour éviter tout risque d'arcboutement, le flasque supérieur (62) est centré par les ailettes (57) dans la partie haute de la course du tiroir alors que dans la partie basse de la course, le jeu entre le diamètre intérieur du flasque et les ailettes augmente jusqu'à la valeur j donnée précédemment. Le tiroir est manoeuvré par un flotteur (67) lié par 3 liens souples ou tringleries (68) disposés angulairement à 1200. Les dispositifs de blocage des liens souples sont classiques du type serre cable par exemple. La course du flotteur (67) est limitée vers le bas par 3 butées démontables (70) disposées angulairement à 1200 pour éviter que les liens souples ne se détendent exagérément quand le flotteur n'est plus immergé. Quelle que soit la variante, ces dispositifs sont conçus pour être embarqués à bord de navires car ils peuvent supporter les efforts importants dûs aux mouvements et aux déformations de la coque. Ils conviennent aussi aux bacs de stockage à terre, quand on veut aspirer un liquide près de sa surface, avec l'avantage d'être robustes et fiables tout en s'accommodant des imperfections géométriques et des déformations thermiques. A noter aussi que sur les navires,la présente invention peut s'appliquer à des cargaisons liquides autres que le pétrole. REVENDICATIONS 1) Pétrolier avec ou sans double coque, avec ou sans ponts intermédiaires ou tout autre dispositif équivalent, cloisonné en cuves à volume limité, équipé d'un système classique de pompage caractérisé par l'utilisation de dispositifs d'aspiration et de collecte dans les cuves dont l'extrémité assurant l'aspiration du liquide est proche de sa surface lui permettant de pomper la cargaison d'une ou de plusieurs cuves éventuellement endommagées et de la transférer vers une cuve saine malgré des venues d'eau de mer importantes. 2) Pétrolier selon la revendication 1 caractérisé par des dispositifs d'aspiration mobile de la cargaison, basés sur le principe d'une tuyauterie d'aspiration articulée dont l'ouverture est maintenue proche de la surface par un flotteur, conçus pour résister aux efforts dûs aux mouvements du navire et de sa cargaison grâce à un joint tournant du type rotule (2), un guidage de la partie mobile par un rail (4) et un sabot (3), une liason souple ou articulée (6) du flotteur (5), et un poids propre de la tuyauterie mobile (1) supérieur à la poussée d' Archiméde éxercée sur la même tuyauterie supposée vide. 3) Pétrolier selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé par des joints tournants (2) d'aspirations mobiles construits autour d'un élément de tuyauterie coudée à 90" au standard 3 D (40) guidé en rotation et seulement en rotation par une rotule (49) disposée au point de concours des axes principaux du coude, elle même emmanchée serrée sur le moyeu du flasque (46) fixé à la coque. 4) Pétrolier selon l'une des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé par des joints tournants d'aspirations mobiles du type rotule et à pression équilibrée grâce à deux joints d'étanchéité mobiles de même diamètre (43) et (44), équilibrés en pression par le trou (50) dans le moyeu (48) de manière à annuler les poussées hydrostatiques sur la partie mobile, et s'appuyant sur des portées annulaires coniques (51) et (52) assimilables à des surfaces annulaires sphériques centrées sur le centre de la rotule (49). 5) Pétrolier selon la revendication 1 caractérisé par des dispositifs d'aspiration par paliers de la cargaison, basés sur le principe d'une tuyauterie fixe verticale comportant à des espaces déterminés des ouvertures annulaires multiples d'aspiration obturables par des tiroirs actionnés par des flotteurs annulaires guidés par la tuyauterie et tel que le tiroir du niveau N (12) soit actionné par le flotteur du niveau supérieur N+1 (14) lui même situé au dessus du tiroir du niveau N+1 (13). 6) Pétrolier selon la revendication 5 caractérisé par des sièges d'aspiration par paliers en deux parties (55) et(56) écartées par des ailettes (57) liées à la partie (56) qui est de forme conique pour amménager un passage à section verticale constante au fluide. 7) Pétrolier selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisé par des tiroirs d'obturation d'aspiration par paliers, disposant d'une course d'environ Dt2/Ds/4, construits en deux parties (62) et (63) guidées parles ailettes (57) des sièges (56) avec un jeu diamètral j qui augmente progressivement dans le sens de l'ouverture jusqu'à atteindre une valeur légèrement supérieure à: Ds X (1-cos(arcsin(Dt2/ Ds2/4))) où Dt est le diamètre de la tuyauterie et Ds est le diamètre extérieur du siège. 8) Pétrolier selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisé par des étanchéitées de tiroirs d'obturation d'aspiration par paliers, assurées en butée axiale sur les portées radiales des sièges (55) et (56) par un joint d' étanchéité supérieur (66) et par un joint d' étanchéité inférieur (65) légérement plus petit en diamètre, de maniére à fournir une poussée hydrostatique supplémentaire à la fermeture. 9) Pétrolier selon l'une des revendications 1, 2 ou 5, caractérisé par un collecteur spécifique (28) des aspirations mobiles ou par paliers de la cargaison, qui est connecté à la pomperie de chargement (37) et disposé dans une zone protégée de la coque de manière à être situé à plus de B/5 ou 11.5 mètres du bordé du navire et à plus de B/10 ou 6 mètres du fond du navire, où B est la largeur du navire.