Brevet FR2849073A1 — publié le 20040625

La présente demande de brevet concerne une installation de stockage sous-marin d'un liquide cryogénique, notamment de gaz naturel liquéfié, du type comprenant une base servant de fondation à la structure et reposant sur le fond marin; au moins une cellule de stockage sous-marine du liquide cryogénique, cette cellule de stockage étant liée à la base servant de fondation; au moins une colonne de support montant de la cellule de stockage jusqu'au-dessus de la surface de l'eau; une plate-forme, notamment une plate-forme de production de gaz liquéfié, montée sur la colonne de support; des conduites d'alimentation et d'évacuation de liquide cryogénique s'étendant entre la cellule de stockage et la plate-forme On connaît des installations de stockage de gaz naturel liquéfié sur terre. De telles installations comprennent des cellules de stockage ayant une enceinte extérieure en béton, au sein de laquelle est disposé un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié auto-porteur réalisé en aciers spéciaux ( 9 % Nickel, inoxydable). Un espace est ménagé entre les parois de l'enceinte extérieure et le réservoir de stockage afin de recevoir l'isolation thermique Ce matériau isolant peut être par exemple de la perlite, de la mousse de verre, etc Cet espace permet de limiter les pertes de chaleur entre le 30 milieu atmosphérique extérieur dont la température peut être comprise entre 25 C et + 50 C et le gaz naturel liquéfié dont la température est de -163 C Les dimensions de cet espace annulaire sont généralement de l'ordre du mètre. Un tel réservoir n'est pas directement adapté à une utilisation sousmarine car l'enceinte en béton de la cellule de stockage n'est pas parfaitement étanche, de l'eau pouvant s'infiltrer à travers cette enceinte au travers des micro-fissures. Le document US 4,188,157 décrit une installation de stockage de liquide cryogénique Cette installation comprend une pluralité de cellules de stockage sous-marines. L'installation de stockage décrite dans ce document 10 comprend une base de fondation placée sur le fond marin et sur laquelle repose un ensemble d'enceintes extérieures en béton abritant des réservoirs de stockage du gaz naturel liquéfié (GNL). Les réservoirs sont du type à double enveloppe Ces 15 enveloppes comprennent des couches en béton ou en acier et définissent un espace annulaire d'isolation dans lequel est placée de la matière d'isolation thermique. Entre chaque enceinte extérieure et le réservoir correspondant subsiste un espace annulaire qui a une 20 épaisseur importante. Une circulation d'eau est mise en place dans l'espace situé entre l'enceinte en béton et le réservoir de stockage, ce qui permet de maintenir une température constante dans cet espace annulaire A cet effet, l'espace 25 entre l'enceinte en béton et le réservoir de stockage communique librement avec l'extérieur. L'invention a pour but de proposer une installation de stockage sousmarin de gaz naturel liquéfié qui est d'une construction simple et économique. A cet effet, l'invention a pour objet une installation de stockage du type précité, caractérisée en ce que la cellule de stockage comprend une enceinte extérieure fermée en béton, un écran pare-vapeur en acier standard disposé à l'intérieur de l'enceinte extérieure et définissant un espace étanche à l'eau, en ce que l'enceinte extérieure et l'écran parevapeur définissent un premier espace annulaire entre eux, en ce que la cellule de stockage comprend des entretoises disposées dans ledit premier espace 5 annulaire qui maintiennent l'enceinte et l'écran pare-vapeur à distance l'un de l'autre, et en ce que l'installation comprend des moyens de drainage adaptés pour drainer de l'eau pouvant pénétrer et s'accumuler dans ledit premier espace annulaire du fait d'éventuelles micro-fissures dans 10 l'enceinte béton dont la construction ne peut pas garantir une étanchéité absolue. Selon des modes de réalisation de l'invention, l'installation de stockage comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: les moyens de drainage comprennent un ou plusieurs puisards de drainage aménagés dans la partie inférieure de l'enceinte extérieure et le puisard de drainage est relié à des moyens d'évacuation d'eau l'écran pare-vapeur est constitué d'une tôle 20 métallique, notamment en acier standard au carbone sans caractéristiques cryogéniques particulières; l'installation comprend en outre un réservoir de stockage auto-porteur du liquide cryogénique réalisé en acier cryogénique spécial ( 9 % Nickel, inoxydable) le réservoir de stockage et l'écran pare-vapeur définissent un second espace de séparation dans lequel est disposée de la matière d'isolation thermique, notamment de la perlite ou de la laine de verre; les entretoises sont en matière plastique, 30 notamment en résine thermodurcissable; l'installation comprend au moins deux cellules de stockage, et elle comprend, pour chaque cellule de stockage, une colonne de support; pour chacune des cellules de stockage, l'installation comprend un ensemble de conduites comprenant au moins une conduite d'alimentation et une conduite d'évacuation individuelle de cette cellule de stockage, et 5 chaque ensemble s'étend dans la colonne de support respective; la colonne de support d'au moins une cellule de stockage est disposée sur un côté de la cellule de stockage opposé à au moins une autre cellule de stockage; l'installation comprend en outre une installation de transfert adaptée pour transférer du liquide cryogénique de la plate-forme vers un navire de transport; et l'installation de transfert comprend une flèche mobile par rapport à la plate-forme et des conduites rigides 15 disposées le long de cette flèche, ainsi qu'un ensemble de conduites flexibles montées à l'extrémité des conduites rigides, et les conduites flexibles sont adaptées pour être connectées au navire de transport. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la 20 description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la Figure 1 est une vue schématique de côté d'une installation de stockage de gaz naturel liquide selon 25 l'invention; la Figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la Figure 1; la Figure 3 est une vue en coupe d'une cellule de stockage de gaz naturel liquéfié de l'installation selon 30 l'invention, la coupe s'étendant suivant la ligne IV-IV de la Figure 2; la Figure 3 A est une vue à plus grande échelle du détail IIIA de la Figure 3; la Figure 4 est une vue du détail IV de la Figure 3, à plus grande échelle; la Figure 5 est une vue du détail V de la Figure 2, à plus grande échelle; la Figure 5 A est une vue à plus grande échelle du détail VA de la Figure 5; et les Figures 6 et 7 sont des vues de détail à plus grande échelle des portions de la cellule de stockage de la Figure 3. Sur la Figure 1 est représentée une installation de production et de stockage sous-marin de gaz naturel liquéfié, désignée par la référence générale 2. L'installation 2 comprend essentiellement un ensemble de stockage 4 et une plate-forme 6 de production et 15 de transfert La plate-forme 6 est d'une construction connue. Sur la plate-forme 6 sont disposées, d'une part, une installation 8 de liquéfaction de gaz naturel, et d'autre part, une installation 10 de transfert de gaz naturel 20 liquéfié. L'installation 8 de liquéfaction de gaz naturel est adaptée pour liquéfier du gaz naturel à l'état gazeux provenant d'une source de gaz, par exemple d'un réservoir naturel de gaz (non représenté). L'installation 10 de transfert de gaz naturel liquéfié est adaptée pour transférer du gaz liquéfié sur un navire de transport 12, par exemple un méthanier Cette installation 10 peut comprendre une flèche 13 A le long de laquelle s'étend une conduite rigide 13 B, reliée à une 30 conduite souple 13 C de connexion au navire de transport 12. L'installation 2 comprend une base de fondation 14. L'ensemble de stockage 4 est disposé sur cette base de fondation 14 de la plate-forme 6, base qui repose directement sur le fond marin 16 L'ensemble de stockage 4 comprend six cellules de stockage 18 de gaz naturel liquéfié, ainsi que six colonnes de support 20 de la plateforme (d'autres nombres et dispositions de cellules de stockages peuvent être envisagées) Les six cellules de stockage 18 sont disposées en deux rangées à trois cellules et reposent sur la base de fondation 14. L'installation 2 est en outre munie de conduites de liaison Ces conduites comprennent des conduites d'alimentation 22 menant de l'installation 8 de liquéfaction vers les cellules de stockage 18 et des conduites d'évacuation 24 menant des cellules de stockage 18 vers l'installation de transfert 10 Les conduites d'alimentation 22 sont adaptées pour remplir les cellules de stockage 18 de 15 gaz naturel liquéfié. Comme illustré sur la Figure 1, chaque conduite d'alimentation 22 comprend un tronçon vertical 22 A, et chaque conduite d'évacuation 24 comprend un tronçon vertical 24 A. Comme illustré sur la Figure 3, la base de fondation 14 est constituée d'un réseau de cloisons verticales formant une maille carrée ou rectangulaire 30 supporté par une dalle 32 Ainsi, la base de fondation 14 délimite une pluralité de compartiments 36, adaptés pour recevoir de la matière de 25 lest, par exemple du sable 38 ou du minerai de fer. Les cellules de stockage 18 sont fixées à la base de fondation 14. Chacune des colonnes de support 20 est un tube en acier ou en béton, s'étendant du bord périphérique de la 30 partie supérieure de la cellule de stockage 18 verticalement vers le haut, jusqu'au-dessus de la surface de l'eau. Comme représenté sur la Figure 2, chacune des colonnes de support 20 est disposée sur la cellule de stockage 18 respective sur un côté de cette cellule de stockage 18 opposé à une cellule de stockage 18 de la rangée adjacente Ainsi les colonnes de support 20, vu en plan, sont très écartées, ce qui conduit à une bonne stabilité de la plate-forme 6. Sur la Figure 3 est représentée plus en détail une cellule de stockage 18 de gaz naturel liquéfié selon l'invention. La cellule de stockage 18 comprend une enceinte extérieure en béton 40, de préférence en béton précontraint, 10 qui forme la surface extérieure de la cellule de stockage 18 L'enceinte 40 définit une enceinte protectrice et quasiment étanche En effet, de l'eau de mer pourrait s'infiltrer à travers sa paroi L'enceinte 40 est de révolution autour d'un axe vertical X-X, et comprend une 15 partie inférieure 42, une partie médiane 44 et une partie supérieure 46. La partie médiane 44 a une forme générale de cylindre creux à section circulaire, et la partie supérieure 46 forme un dôme en forme de calotte sphérique. La cellule de stockage 18 comprend en outre un écran pare-vapeur 60 qui assure l'étanchéité complète de la cellule de stockage 18 Cet écran parevapeur 60 est formé par une couche en tôle d'acier au carbone qui s'étend à distance de la surface intérieure de l'enceinte 40, en 25 délimitant un premier espace annulaire 70 L'espace annulaire 70 comprend une partie inférieure horizontale 72, une partie médiane 74 annulaire verticale et une partie supérieure 76 La largeur de l'espace annulaire 70 est de l'ordre de 5 à 20 mm. Des entretoises 80 sous forme de cordons en matière plastique, notamment en résine thermodurcissable, sont disposées dans ce premier espace 70. Les entretoises 80 comprennent des cordons 82 disposés horizontalement dans la partie inférieure 72, radialement à l'axe X-X. Les entretoises 80 comprennent en outre des cordons 5 84 s'étendant dans la partie médiane 74 de l'espace Les cordons 84 sont disposés verticalement et s'étendent sur toute la hauteur de la partie médiane 74 Les cordons 84 sont régulièrement espacés (voir Figure 5). Les entretoises 80 forment des espaces de drainage 10 88 (cf Figure 5) adaptés pour évacuer l'eau de mer qui pénétrerait éventuellement par les parois de l'enceinte 40 vers le puits d'évacuation 50 Ces espaces de drainage sont libres de matière Ainsi, l'écran pare-vapeur 60 est protégé contre la corrosion due à de l'eau de mer qui pénétrerait 15 éventuellement par les parois de l'enceinte 40 L'épaisseur de l'écran pare-vapeur 60 peut alors être réduite au minimum Elle peut être de l'ordre de 4 à 8 mm, et il ne sera pas nécessaire de prévoir de surépaisseur pour la corrosion. Cette protection de l'écran pare-vapeur 60 contre la corrosion permet de protéger l'isolation thermique disposée dans l'espace annulaire 100 contre la pénétration d'eau de mer. Un caniveau circonférentiel s'étend dans la partie 25 inférieure 42 de la cellule de stockage 18, permettant de récupérer l'eau provenant des espaces de drainage Un ou plusieurs puisards de drainage sont aménagés dans la partie inférieure 42 au droit de l'espace annulaire d'isolation thermique 100 et à la verticale de la colonne 20 Cette 30 configuration permet l'installation d'une pompe de drainage 52 au travers d'une conduite 53 située à l'intérieur de la colonne et remontant jusqu'à la plate-forme en surface La maintenance des pompes de drainage est ainsi simplifiée car celles-ci peuvent être remontées directement à travers les conduites associées. En alternative, le puisard d'évacuation 50 pourra avoir la forme d'un entonnoir qui permettra de récupérer 5 l'eau drainée en un point précis de la partie inférieure 42 de la cellule de stockage 18. Un réservoir 90, contenant du gaz naturel liquéfié 92 est disposé à l'intérieur de la cellule de stockage 18. Le réservoir 90 a une forme généralement cylindrique creuse, 10 et est ouvert vers le haut Le réservoir auto-porteur cylindrique 90 est réalisé par exemple en acier cryogénique spécial Il définit avec l'écran parevapeur 60 de la cellule de stockage un second espace de séparation 100 dans lequel l'isolation thermique nécessaire est disposée Cet espace de séparation 100 comprend une partie inférieure cylindrique 102 ainsi qu'une partie médiane annulaire 104. La largeur de l'espace de séparation 100 sera de l'ordre du mètre. La cellule de stockage 18 comprend des moyens 20 d'isolation thermique 110 Ces moyens d'isolation thermique comprennent des panneaux rigides de verre cellulaire 112 disposés dans la partie inférieure 102 du second espace, ainsi que de la perlite 114 disposée dans la partie médiane 104. Les moyens d'isolation thermique 110 comprennent en outre un plateau circulaire 116 (voir Figures 3 et 4) s'étendant au-dessus de l'ouverture du réservoir 90 Le plateau circulaire 116 est constitué d'une structure d'aluminium non étanche au gaz naturel Le plateau 116 est 30 suspendu au dôme 46 de l'enceinte 40 au moyen de tiges 118. Lorsque le réservoir 90 est rempli, le plateau 116 se trouve à environ 50 cm de la surface libre du gaz naturel liquéfié. Un matériau d'isolation thermique 120, par exemple de la perlite ou de la fibre de verre ou laine de roche, est disposé sur le plateau 116 pour constituer un plateau isolante protégeant l'espace supérieur (calotte hémisphérique) des basses températures et réduisant les pertes thermiques. Un interstice annulaire 124 subsiste entre le plateau 116 et le réservoir 90, ce qui permet une égalisation de pression de gaz entre le volume libre du réservoir 90 situé au-dessous du plateau 116 et le reste de la cellule de stockage 18. Il est à noter que les moyens d'isolation thermique de la cellule de stockage 18 sont choisis de telle manière que, lorsque le réservoir 90 est rempli de gaz naturel liquéfié, la température à la surface extérieure de l'enceinte 40 est très voisine de la température de l'eau de 15 mer à un ou deux degrés près. Comme illustré sur les Figures 1, 4 et 5, chaque cellule de stockage 18 comporte un ensemble individuel de conduites d'alimentation 22 et d'évacuation 24. En d'autres termes, dans chaque colonne de support 20 20 sont disposées une ou plusieurs conduites d'alimentation 22,une ou plusieurs conduites d'évacuation 24, ainsi que les autres conduites permettant le fonctionnement du stockage telles celles permettant l'évacuation du gaz provenant de l'évaporation du GNL Les conduites 22, 24 s'étendent à travers l'enceinte 40 et l'isolation thermique de la cellule 18 jusqu'au fond du réservoir 90. Les tronçons 22 A, 24 A des conduites d'alimentation et d'évacuation s'étendent verticalement à travers les colonnes de support 20, permettant ainsi de simplifier la 30 maintenance des pompes de gaz naturel liquéfié En effet, les pompes peuvent être ainsi directement remontées à travers les lignes d'évacuation. De plus, les colonnes de support 20 protègent ces conduites contre les chocs éventuels, les sollicitations dynamiques dues à la houle et aux courant, et assurent le confinement d'une éventuelle fuite de gaz naturel liquéfié à l'intérieur de ces colonnes de support 20. Enfin, le diamètre de ces colonnes de support 20 est 5 de l'ordre de 5 à 10 mètres et la colonne de support est mise à l'air libre Ainsi, la maintenance des conduites d'alimentation 22 et d'évacuation 24 et de la cellule de stockage 18 est simple car la colonne de support 20 offre alors un libre accès aux équipements de maintenance, et 10 permet une intervention humaine. En variante, la cellule de stockage 18 comprend des moyens de mise sous atmosphère protectrice du premier espace de séparation 70 Ces moyens comprennent par exemple un réservoir d'un gaz inerte relié à l'espace de séparation 70 15 par une pompe et une conduite. Ainsi l'espace annulaire 70 peut être rempli d'un gaz inerte, tel que de l'azote, ce qui permet de diminuer encore les risques de corrosion de l'écran pare-vapeur 60. De plus, le premier espace annulaire 70 peut être 20 muni de moyens de détection d'un défaut d'étanchéité de l'écran pare-vapeur 60 Ces moyens comprennent par exemple un capteur de gaz correspondant au gaz stocké dans le réservoir, tel que du CH 4. En variante, ces moyens de détection comprennent un 25 capteur de pression ou de variation de pression, qui mesure la pression ou la variation de la pression dans l'espace annulaire 70 Ce capteur donne un signal d'alarme dans le cas d'un dépassement d'un seuil de pression ou de modification de pression Les moyens de détection peuvent 30 également comprendre un détecteur du taux de méthane, dans le cas o l'installation est équipée de moyens de mise sous atmosphère protectrice de l'espace annulaire 70. Ainsi, il est possible de détecter un défaut d'étanchéité de l'écran parevapeur 60. Le ou les puisards de drainage sont équipés de détecteurs de niveau d'eau permettant le déclenchement automatique des pompes de drainage. En variante encore, l'installation comprend des 5 colonnes de support supplémentaires (non représentées) Ces colonnes servent à stabiliser la plate-forme 6 et s'étendent soit à partir de la base de fondement 14 vers la plate-forme 6, soit à partir des cellules de stockage 18 vers la plateforme 6. REVENDICATIONS 1 Installation de stockage sous-marin d'un liquide cryogénique, notamment de gaz naturel liquéfié, du type comprenant une base servant de fondation et reposant ( 14) sur le fond marin ( 16); au moins une cellule de stockage sous-marine ( 18) du liquide cryogénique, cette cellule de stockage ( 18) étant liée à la base servant de fondation ( 14); au moins une colonne de support ( 20) montant de la cellule de stockage ( 18) jusqu'au-dessus de la surface de l'eau; une plate-forme ( 6), notamment une plate-forme de production de gaz liquéfié, montée sur la colonne de support 15 ( 20); des conduites d'alimentation ( 22) et d'évacuation ( 24) de liquide cryogénique s'étendant entre la cellule de stockage ( 18) et la plate-forme ( 6), caractérisée en ce que la cellule de stockage ( 18) 20 comprend une enceinte extérieure fermée en béton ( 40), un écran pare-vapeur ( 60) disposé à l'intérieur de 1 ' enceinte extérieure ( 40) et définissant un espace étanche à l'eau, en ce que l'enceinte extérieure ( 40) et l'écran pare-vapeur ( 60) définissent un premier espace annulaire ( 70) entre eux, 25 en ce que la cellule de stockage ( 18) comprend des entretoises ( 80) disposées dans ledit premier espace annulaire ( 70) qui maintiennent 1 ' enceinte ( 40) et l'écran pare-vapeur ( 60) à distance l'un de l'autre, et en ce que l'installation comprend des moyens de drainage ( 50) adaptés 30 pour drainer de l'eau pouvant pénétrer et s'accumuler dans ledit premier espace ( 70). 2 Installation de stockage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de drainage comprennent un ou plusieurs puisards de drainage ( 50) aménagés dans la partie inférieure ( 42) de l'enceinte extérieure ( 40), et en ce que le puisard de drainage ( 50) est relié à des moyens d'évacuation ( 52, 54) d'eau. 3 Installation de stockage selon l'une quelconque 5 des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'écran pare-vapeur ( 60) est constitué d'une tôle métallique, notamment en acier standard au carbone sans caractéristiques cryogéniques particulières. 4 Installation de stockage selon l'une quelconque 10 des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un réservoir ( 90) de stockage auto-porteur du liquide cryogénique, et en ce que le réservoir de stockage auto-porteur est réalisé en acier cryogénique spécial( 9 % Nickel ou inoxydable) 5 Installation de stockage selon la revendication 4, caractérisée en ce que le réservoir de stockage ( 90) et l'écran parevapeur ( 60) définissent un second espace de séparation ( 100) dans lequel est disposée de la matière d'isolation thermique ( 110), notamment de la perlite ( 114) 20 ou de la laine de verre ( 112). 6 Installation de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les entretoises ( 80) sont en matière plastique, notamment en résine thermodurcissable. 7 Installation de stockage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux cellules de stockage ( 18), et en ce qu'elle comprend, pour chaque cellule de stockage ( 18), une colonne de support ( 20). 8 Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que, pour chacune des cellules de stockage ( 18), l'installation ( 2) comprend un ensemble de conduites comprenant au moins une conduite d'alimentation ( 22) et une conduite d'évacuation ( 24) individuelle de cette cellule de stockage ( 18), et en ce que chaque ensemble s'étend dans la colonne de support ( 20) respective. 9 Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la 5 colonne de support ( 20) d'au moins une cellule de stockage ( 18) est disposée sur un côté de la cellule de stockage ( 18) opposé à au moins une autre cellule de stockage ( 18). Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle 10 comprend en outre une installation de transfert ( 10) adaptée pour transférer du liquide cryogénique de la plate-forme ( 6) vers un navire de transport ( 12). 11 Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'installation de transfert ( 10) 15 comprend une flèche ( 13 A) mobile par rapport à la plateforme ( 6) et des conduites rigides ( 13 B) disposées le long de cette flèche ( 13 A), ainsi qu'un ensemble de conduites souples ( 13 C) montées à l'extrémité des conduites rigides ( 13 B), et en ce que les conduites flexibles ( 13 C) sont 20 adaptées pour être connectées au navire de transport ( 12).