Brevet FR2967130A1 — publié le 20120511

. Inertage et ventilation sous argon, de cuves de navires méthaniers â membranes 1 DOMAINE DE L'INVENTION L'invention porte sur un procédé permettant de balayer les espaces d'isolation des cuves de navires méthaniers utilisant la technologie à membrane, tel que décrit dans le brevet français N° 01 147 49 qui permet d'augmenter sensiblement la performance des isolations thermiques de ces cuves, l'argon étant un meilleur isolant thermique que l'azote actuellement utilisé pour ce balayage. L'invention porte plus spécialement sur une amélioration de la technologie des cuves à membranes utilisant des boites de contreplaqué remplie de matériau isolant, telle que décrite, par exemple dans la brochure technique « NO 96 membrane system » éditée par la société Gaz Transport et téléchargeable sur son site www.gtt.fr. On pourra aussi se reporter à l'ouvrage « Quand le méthane prend la mer » de Pierre Jean et Henri Petit, paru aux éditions P. Tacussel. Elle permet d'assurer, de manière sûre et efficace : - le remplacement par un mélange de gaz, constitué majoritairement d'argon, des 15 gaz initialement présents dans les espaces d'isolation ; - la collecte des fuites de gaz naturel éventuelles venant de la cargaison vers l'extérieur des espaces d'isolation afm de garantir la performance thermique de l'isolation ainsi que la sécurité en évitant l'accumulation de gaz inflammables et /ou plus conducteurs thermiquement. 20 Ceci permet, aussi, de réduire drastiquement les quantités d'argon nécessaires pour remplacer les gaz initialement présents dans ces espaces et de maximiser la réduction de conductivité thermique obtenue. 2 ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE 25 La figure 1 donne le principe général d'une isolation à membrane de cuves de navire méthanier utilisant un assemblage de boites en contreplaqué remplise de matériau isolant, dans le cas d'un balayage de ces espaces d'isolation par de l'azote. Cette isolation est constituée des éléments suivants : 5 10 20 25 30 - Une membrane primaire (1) métallique, qui assure l'étanchéité vis-à-vis de la cargaison, et qui repose sur une première couche de boites (2) en contreplaqué remplies d'isolant qui assure à la fois l'isolation thermique et le transfert mécanique des efforts de pression. - Une membrane secondaire (3) métallique qui assure une redondance de l'étanchéité et qui elle aussi supportée par une deuxième couche de boites en contreplaqué (4). Par soucis de simplification, nous ne détaillerons pas les procédés mécaniques utilisés pour rendre solidaire de la double coque (5) l'assemblage composé des boites (2) et (4) ainsi que des membranes (1) et (2). On pourra se reporter utilement, pour ces détails, aux documents déjà cités. Pour réduire les risques d'explosion, les règlements internationaux requièrent que les espaces entre les membranes (1) et (3) et la coque du navire (5) soient balayés en permanence par un gaz inerte (dans le cas de l'art antérieur de l'azote) afin de diluer les éventuelles fuites traversant les membranes et de les collecter pour les rejeter vers l'extérieur, le but étant de maintenir la concentration de vapeur de gaz naturel dans les espaces d'isolation bien en deçà de la limite d'inflammabilité de ce gaz dans l'air. La figure 2 présente, plus en détail, la conception des boites en contreplaqué supportant les membranes. Pour reprendre les efforts de compression, le fond (6) et le couvercle (7) de la boite sont reliés non seulement par les parois latérales (8) et (9), mais aussi par une série de renforts internes (10). Les espaces (11) délimités par ces partitions sont remplis de matériau isolant, typiquement de la silice expansée, connue commercialement sous le nom de Perlite. Alternativement, une isolation sous forme d'aérogel ou un autre matériau à faible conductivité peut être considérée. Pour permettre le balayage par le gaz inerte, et, aussi, éviter des différences de pression entre les espaces (11) et l'extérieur de la boite, des orifices (12) et (13) sont ménagés dans les renforts internes (10) et les parois latérales (8) qui leur font face, les deux autres parois latérales (9) étant aveugles. On notera que dans le cadre de l'état de l'art, ces orifices sont placés à mi hauteur des parois (8) et des renforts (10). Typiquement, ces orifices sont de simples ouvertures circulaires percés dans le contreplaqué, occultées, en ce qui concerne les parois extérieures des boites, par une pastille de tissus de verre qui permet le passage des gaz mais évite que le matériau isolant ne s'échappe de la boite. Dans le cas du remplacement de l'azote par de l'argon pour réduire les entrée , thermiques dans la cargaison, cette configuration est dommageable car le remplacement de l'azote dans la totalité des espaces (11) est problématique, du fait de l'absence, dans le cas de boites posées suivant un plan proche de l'horizontale, de points haut et bas par rapport à la force de gravité, l'argon risquant d'occuper que la partie (14) des espaces (11) qui est en dessous des lignes d'orifices (12) et (13) , l'azote ou les gaz résiduels plus légers étant piégés au dessus, dans la partie (15), voir figure 3. Ce phénomène réduirait, typiquement de moitié, ta réduction de conduction thermique gazeuse attendue dans ces espaces par le remplacement du gaz initialement présent (typiquement de l'azote) par de l'argon. L'objet de la présente innovation est d'éviter ces zones de piégeage, en facilitant le remplacement, par l'effet de la gravité, des gaz initialement présents dans les espaces (11) par de l'argon. 3 EXPOSE DE L'INVENTION La figure 4 illustre, plus en détail, la conception d'une boite isolante suivant l'invention. Elle se caractérise par : - La présence d'au moins deux orifices (16) et (17) dans la partie inférieure et supérieure de chaque renfort (10). - La présence d'au moins deux orifices (18) et (19) dans la partie inférieure 20 et supérieure des parois latérales (8). - Alternativement, ou en complément, des orifices similaires (20) et (21) pourront être ménagés dans le fond (6) ou le couvercle (7) ; - Alternativement ou en complément, des orifices similaires (22) et (23) pourront être ménagés respectivement dans les parties inférieures et supérieures des 25 parois latérales (9). On voit ainsi que par simple effet gravitaire, voir figure 5, l'argon, plus lourd, pourra pénétrer, via les orifices (16), (18),(20) ou (22) le bas des espaces (11) et les remplir progressivement, chassant vers le haut les gaz plus légers tels que l'azote, le 30 méthane ou l'air qui seront, par effet piston, poussés et évacués via les orifices (17), (19) 421) ou (23) à l'extérieur de la boite. Il suffit donc, pour remplir avec de l'argon les espaces d'isolation, d'injecter ce gaz dans les volumes d'isolation compris entre les membranes (1) et (3) et la coque (5) pour chasser vers le haut de ces volumes les autres gaz plus légers. 4 INDICATION DE LA MANIERE DONT L'INVENTION EST SUSCEPTIBLE D'APPLICATION La figure 6 présente, à titre d'exemple, la manière dont l'invention est susceptible d'être appliquée. On remarque, dans cet exemple, que les orifices médians (12) ont été supprimés et remplacés par des orifices alternativement placés : - pour les orifices (16) et (18) dans la partie inférieure des renforts (10) et des parois latérales (8) ; - pour les orifices (17) et (19) dans la partie supérieure des renforts (10) et des parois latérales (8) ; De plus, un orifice (20) est placé dans le fond (6), ainsi qu'un orifice (21) dans le 10 couvercle (7). De plus, deux orifices (22) et (23) sont placés dans les parties inférieures et supérieures des parois (9). On supprime ainsi la possibilité de piégeage par gravité de gaz plus légers que 15 l'argon dans les espaces (11), ceux-ci étant chassés vers les orifices supérieurs (17) , (19) (21) et (23) par l'argon venant des orifices inférieurs (16), (18) (20) et (22). Du point de vue du coût de la fabrication des boites et de leur tenue mécanique, on voit que l'on n'a pas augmenté, de manière significative, le nombre et la taille des orifices, et donc que les impacts économiques et mécaniques sont négligeables. 20 On notera que l'invention ne se limite pas aux parties (plafond (23) et plancher (24)) de l'isolation des cuves qui sont proches de l'horizontale. Cette approche, s'applique, de manière similaire, aux parois plus ou moins inclinées, telles que les parois latérales (25) et longitudinales (non représentées dans la vue en coupe figure 7), ainsi que les talus (26) et les talons (27) des cuves. Dans chaque cas, on prendra compte de 25 l'orientation des boites par rapport à la verticale pour ménager des orifices de ventilation aux points haut et bas correspondants. Pour des raisons de constructions, les différents volumes d'isolation correspondants sont indépendants les uns des autres , aussi pour assurer une ventilation efficace de ces espaces et bénéficier des effets de la gravité pour évacuer vers l'extérieur de ces espaces les gaz légers et les remplacer par de l'argon, on 30 prendra soin d'injecter de manière préférentielle l'argon dans ces volumes par des 2 piquages (28), représentés par des « * » figure 7, situés dans leur partie inférieure, alors ; que l'évacuation de ces gaz se fera de manière préférentielle par des piquages (29), représentés par des « + » situées dans leur partie supérieure. On voit ainsi que l'argon injecté remplira progressivement par le bas les boites d'isolation (2) et (4), chassant devant lui, vers les piquages (29) les gaz plus légers, tels que le méthane ou l'azote. La mise sous argon des espaces d'isolation pourra donc se faire de la manière suivante, en supposant qu'initialement les espaces d'isolation sont remplis d'air ambiant, les cuves du navire étant vides et à la température ambiante : - tirage au vide des espaces d'isolation en utilisant les pompes à vides prévues à cet effet ; - remplissage et ventilation par de l'azote sec des espaces d'isolation, jusqu'à élimination de l'air ambiant ; - remplissage et ventilation par de l'argon sec des espaces d'isolation jusqu'à élimination de l'azote. Le navire peut alors être chargé en gaz naturel liquéfié, des apports d'argon supplémentaire étant effectués à la demande pour maintenir lors de la descente en froid la pression dans les espaces d'isolation à une pression proche de la pression de la cargaison. Ceci étant fait, un balayage par de l'argon des espaces d'isolation peut être effectué en permanence pour collecter les fuites venant de la cargaison (principalement du méthane et de l'azote) et les évacuer vers l'extérieur des espaces d'isolation, comme cela est décrit, par exemple, dans le brevet français déjà cité. Z.30 REVENDICATIONS1) Isolation de cuves de navires méthaniers utilisant des membranes métalliques (1) et (3) reposant, via des boites en contreplaqué (2) et (4), remplies de matériau isolant, sur la coque du navire (5), ces boites se caractérisant par : - La présence d'au moins deux orifices (16) et (17) dans la partie inférieure et supérieure de chaque renfort (10). - La présence d'au moins deux orifices (18) et (19) dans la partie inférieure et supérieure des parais latérales (8). - Alternativement, ou en complément, des orifices similaires (20) et (21) pourront être ménagés dans le fond (6) ou le couvercle (7) ; . Alternativement ou en complément, des orifices similaires (22) et (23) pourront être ménagés respectivement dans les parties inférieures et supérieures des parois latérales (9) ; ces orifices permettant le déplacement vers le haut et le remplacement par un gaz inerte constitué majoritairement d'argon, par effet gravitaire, de gaz plus légers tels que le méthane, ou l'azote éventuellement présents dans les espaces d'isolation (11) de ces boites. 2) Isolation de cuves de navires méthaniers caractérisés en ce que les volumes d'isolation compris entre les membranes (1) et (2) et la coque (5) du navire sont balayés, via des piquages (28), par un gaz neutre constitué majoritairement d'argon, situés dans leurs parties inférieures, l'évacuation de ce gaz neutre mélangé avec les gaz initialement présents dans ces volumes ou provenant de fuites venant de la cargaison se faisant via des piquages (29) situés dans les parties supérieures de ces volumes. 25 30