<Desc/Clms Page number 1>
" Dispositif pour le stockage et le transport de gaz liquéfiés, notamment par voie maritime "
La présente invention a pour objet le stockage et le transport d'an gaz liquéfié qui a un point d'ébullition inférieur à -40 0 à la pression atmosphérique. Elle a plus particulièrement pour objet la construction et l'utilisation de réservoirs sur navires pour le transport par eau de ces gaz liquéfiés à bas point d'ébullition.
Dans la réalisation préférée de l'invention, des moyens sont prévus pour le stockage et le transport d'un gaz hydrocarbure liquéfié et particulièrement du gaz naturel liquéfié composé principalement de méthane et ayant un point d'ébullition compris entre-150 et -160 C à la pression at- mosphérique, suivant la quantité d'hydrocarbures à point
<Desc/Clms Page number 2>
d'ébullition plus élevé présente dans une composition gazeuse adouoie.
Bien que l'on décrive l'invention ci-après en se ré- férant à la manipulation du gaz naturel ou du méthane liqué- fié, il est évident que les conceptions décrites quant à la construction des réservoirs et à la construction des navires s'appliqueront à l'utilisation dans le cas d'autres gaz li- quéfiés à bas point d'ébullition, tels que le propane, l'é- thane, l'azote, l'hydrogène, l'hélium et autres gaz hydro- carbures et non hydrocarbures et que les caractéristiques exposées s'appliqueront aussi au stockage terrestre des gaz liquéfiés du type défini.
Il faudrait des pressions énormes pour maintenir le méthane à l'état liquéfié à la température ambiante. Pour construire des récipients capables de résister à de telles pressions, il faudrait utiliser des réservoirs de faible capacité et de grande solidité, de sorte qu'un volume et un poids considérables seraient représentés par les réservoirs eux-mêmes, ce qui laisserait très peu de volume pour le sto- ckage et le transport du méthane liquéfié. Si l'on veut pou- voir utiliser des récipients ou réservoirs de grande capaoi- té, il faut éliminer toutes pressions dépassant notablement une atmosphère. Dono, les calculs sont basés sur le transport et le stockage du méthane liquéfié aux environs de la pression atmosphérique et ainsi à une température d'environ -160 C.
Le stockage et le transport d'un gaz liquéfié à une température de -160 C pose de nombreux problèmes. Il faut prévoir des moyens d'isolement du réservoir, afin de réduire au minimum la quantité de gaz liquéfié qui se volatilise par suite du transfert naturel de chaleur à la masse de gaz liquéfié contenue dans le récipient, à travers les parois isolées de celui-ci. Il faut aussi prévoir des moyens pour protéger l'acier du navire contre le contact du liquide à
<Desc/Clms Page number 3>
bas point d'ébullition ou contre de basses températures correspondantes, car le métal est incapable de garder ses caractéristiques de solidité à des températures aussi basses.
Il faut prévoir des moyens pour régler la température au voisinage des parois des réservoirs, pour ajouter de la cha- leur en cas de défaillance de l'isolement ou pour ajouter de la chaleur en vue d'éviter l'accumulation de glace et les phénomènes similaires sur les parois extérieures des réser- voirs.
Ainsi, l'un des buts de la présente invention est de fournir une structure nouvelle et perfectionnée de réservoir et de navire pour le stockage et le transport d'un gaz liqué- fié à bas point d'ébullition, tel que le gaz naturel.
Un autre but est de fournir une structure nouvelle et perfectionnée de réservoir et de navire réalisant les carac- téristiques décrites précédemment pour protéger la structure du navire et les réservoirs en cas de défaillance de l'isole- ment, pour empêcher l'apport de chaleur aux réservoirs et le dégagement de froid hors des réservoirs, pour épargner le froid aux surfaces des réservoirs, pour contrôler la tempéra- ture des éléments des réservoirs et pour obtenir des caracté- ristiques de sécurité en vue du transport par eau du gaz na- turel liquéfié à bas point d'ébullition en grands volumes à la pression atmosphérique et à une température d'environ -160 C.
Ces buts et avantages de la présente invention, ainsi que d'autres, apparaîtront ci-après et on a représenté sur les dessins ci-joints, à titre d'illustration mais non de li- mitation, une forme de réalisation de l'invention.
La fig. 1 est un plan en miniature et en coupe longi- tudinale d'un navire comportant les caractéristiques de la présente invention pour le transport de gaz naturel liquéfié.
<Desc/Clms Page number 4>
La fig. 2 est une élévation en coupe transversale du navire représenté à la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe élévation partielle de la structure du navire.
La fig. 4 est une élévation des éléments situés dans une partie des caissons latéraux du navire.
La fig. 5 est une élévation en coupe d'un cofferdam.
La fig. 6 est une élévation en coupe, à plus grande échelle, d'un angle d'un caisson latéral.
Suivant l'invention ; navire 10 présente une coque extérieure 12 formée de tôles d'acier et une coque inté- rieure 14 également formée de tôles d'acier. La coque inté- rieure 14, qui est légèrement espacée de la coque extérieure 12, définit la cale du navire et l'espace situé entre les coques intérieure et extérieure forme les caissons latéraux 16. Des plaques de bordé 18 entre le pont supérieur 20 et la carène 22 du navire séparent le caisson latéral en un caisson latéral supérieur 16a et un caisson latéral inférieur 16b. La ooque intérieure 14 n'a pas seulement pour rôle de renforcer la structure du navire, mais elle forme aussi une surface intérieure relativement lisse 24 sur laquelle on peut disposer une matière d'isolement thermique 26 pour former une cale isolée 28.
En outre, la coque intérieure et les caissons latéraux 16, représentés par l'espace entre les coques intérieure et extérieure, permettent d'incorporer des moyens destinés à protéger la coque extérieure contre le froid du gaz naturel liquéfié, de manière à donner une sécurité supplémentaire contre les possibilités limitées de détériora- tion du navire en service.
La cale 28 est divisée transversalement par des cof- ferdams 30 en plusieurs compartiments pratiquement rectan- gulaires de dimensions notables qui s'étendent depuis le pont
<Desc/Clms Page number 5>
supérieur jusqu'à la paroi inférieure de la coque intérieure.
Les cofferdams 30 sont de préférence formés de deux parois métalliques 32 et 34 espacées l'une de l'autre d'une dis- tance qui permet d'accéder librement à l'intérieur pour l'inspection ou pour remplacer et réparer le matériel. La relation d'espacement entre les parois du cofferdam corres- pond, en majeure partie, à la relation d'espacement entre les coques intérieure et extérieure, par exemple un espace- ment de 0,75 à 1,20 m dans un navire d'une capacité de 6000 à 36000 m3 de gaz naturel.liquéfié. Des poutres ou plaques métalliques appropriées sont prévues pour relier entre elles les parois et les ooquesintérieure et extérieure dans un but de renforcement et de soutien.
Au moins un réservoir métallique et de préférence une série de réservoirs métalliques 36 sont logés dans chaque compartiment pour le stockage du gaz naturel liquéfié. Pour utiliser l'espace de la façon la plus efficace, il est pré- férable d'utiliser des réservoirs de forme rectangulaire ou autre forme polygonale afin de remplir les compartiments de façon pratiquement complète, mais on peut utiliser des réser- voirs cylindriques ou des réservoirs d'autres formes.
Le gaz naturel liquéfié est contenu dans le réservoir intérieur 36. A cet effet, il est désirable que le réservoir intérieur soit construit en un métal tel que l'aluminium ou une matière similaire qui soit capable de conserver ses ca- ractéristiques de solidité aux températures extrêmement bas- ses auxquelles elle est exposée lorsque le gaz naturel liqué- fié y est contenu. Les réservoirs intérieurs sont montés en plat,, dans les compartiments isolés, mais d'une façon qui permette des dilatations et des contractions en direction la- térale et verticale, 'comme celles qui se produisent sous l'action de la variation de température entre le niveau
<Desc/Clms Page number 6>
ambiant et -160 C.
Il est désirable de placer les réservoirs dans les compartiments de la façon voulue pour qu'ils conser- vent leurs positions relatives sans se toucher, ce qui permet les dilatations et contractions sans mouvement re latif. Pour maintenir les réservoirs dans une position relative prédéter- minée sans contact entre eux, on a prévu des moyens tels que des tenons 38 et des mortaises 40 dans les faces supé- rieure et inférieure du réservoir et dans l'isolement de sou- tien, pour centrer le réservoir tout en permettant des dila- tations latérales. Des moyens supplémentaires, tels qu'atta- ches 42, peuvent âtre prévus pour relier le sommet du réser- voir à la struoture du navire afin de centrer le sommet tout en permettant des variations de dimensions verticales sous l'effet de dilatations et de contractions.
Il est évident d'après ce qui précède que les réser- voirs intérieurs 36 sont supportés directement par l'isolant qui double la paroi inférieure de la coque intérieure 14. Une matière d'isolement appropriée douée de solidité structurale peut être fabriquée en balsa, en laine de verre, et autres ma- tières thermiquement isolantes, poreuses, douées de solidité structurale et d'une faible conductibilité thermique.
Les réservoirs intérieurs 36 sont normalement espacés d'une courte distance entre eux et vis-à-vis des faoes inté- rieures de l'isolant qui double la coque intérieure et des cofferdams qui définissent les compartiments séparés. Quand les réservoirs sont convenablement placés dans les comparti- ments isolés, les parois supérieures sont couvertes d'une cou- che relativement épaisse 43 de matière isolante telle que laine de verre, laine minérale, ou couches composites de balsa, de laine de verre et matières similaires à faible conductibilité thermique.
La matière isolante utilisée doit être capable de résister à de basses températures puisque ses faces intérieures
<Desc/Clms Page number 7>
voisines des réservoirs 36 sont ordinairement à une tempé- rature d'environ -160 C, tandis que ses faces extérieuresfixées aux coques et au cofferdam du navire sont habituellement à peu près à la température ambiante, Le gradient de température de- puis le niveau ambiant jusqu'à -160 C existe dans toute la oouohe isolante indiquée, qui double les compartiments.
Ainsi, la oouche isolante sert à réduire au minimum la quantité de chaleur qui peut se transmettre des coques du na- vire au gaz naturel liquéfié renfermé à l'intérieur des réser- voirs. Celle qui pénètre tout de même dans le liquide à travers l'isolant cause la vaporisation de petites quantités du gaz na- turel liquéfié. Les vapeurs qui sont normalement dégagées peu- vent fuir hors des réservoirs par des tubulures appropriées et servir de combustible pour propulser le navire. Au lieu dtuti- liser les vapeurs dégagées comme combustible, on peut liquéfier à nouveau les vapeurs pour les renvoyer aux réservoirs ou s'en débarrasser autrement en les lâchant dans l'atmosphère.
Dans les conditions normales, on ne rencontre que peu de difficultés dans le fonctionnement des réservoirs pour le transport par eau du gaz à bas point d'ébullition d'un poste à un autre. Mais il est à conseiller de prévoir toutes les difficultés qui pourraient se produire et qui pourraient avoir un effet destructeur sur le navire ou sur des éléments associés au stockage et au transport du gaz naturel liquéfié à bas point d'ébullition.
A cet effet, on prévoit, dans les caissons latéraux en- tre les coques et dans les cofferdams entre les compartiments, des moyens propres à régler la température des parois extérieu- res des compartiments pour stabiliser les conditions qui rè- gnent dans les caissons et pour dissiper la chaleur ou le froid, suivant les cas, des parois des compartiments afin de protéger la coque intérieure et la coque extérieure du navire contre un
<Desc/Clms Page number 8>
froid excessif et d'empêcher la constitution, dans l'espace confiné entre les coques, de barrières qui pourraient sans cela entraver l'écoulement des fluides utilisés pour dissi- per la chaleur ou le froid des parois des compartiments.
Comme on le voit sur les fig. 3 et 4, un distributeur principal 44 court longitudinalement par rapport au navire, au-dessus du pont supérieur 20, à l'alignement vertical de l'espace situé entre lescoques intérieure et extérieure. Le collecteur principal est relié par une extrémité à une pompe à eau qui sert à introduire de l'eau sous pression venant d'une source d'alimentation. Des distributeurs secondaires 46 descendent des collecteurs principaux dans les caissons laté- raux. Aux distributeurs secondaires disposés verticalement sont reliés des tuyaux multiples disposés horizontalement et espacés verticalement 48 prrésentant des ouvertures ou aju- tages pulvérisateurs 50 disposés de manière à diriger angu- lairement un jet d'eau sur les faces extérieuresde la coque intérieure 14.
Bien qu'un seul distributeur secondaire suffise pour chaque caisson entre les oofferdams, il est préférable de subdiviser les caissons latéraux en deux ou plusieurs éléments dont chacun est muni de distributeurs secondaires séparés 46.
Le nombre de tubes pulvérisateurs 48 par distributeur secon- daire peut varier depuis un seul jusqu'à un grand nombre de tubes espacés depuis la partie supérieure du caisson latéral jusqu'à la partie inférieure de celui-ci et pratiquement ali- gnés sur le fond des caissons. Il est désirable d'espacer les tubes pulvérisateurs entre eux et d'espacer latéralement les têtes de pulvérisation sur les tuyaux d'une distance qui cor- respond à la divergence du jet afin de couvrir de façon pra- tiquement complète les faces extérieures de la coque intérieu- re et de mouiller uniformément les parois d'eau.
Dans la
<Desc/Clms Page number 9>
variante représentée, les tubes pulvérisateurs sont espacés de façon à peu près équidistante entre les coques, par exem- ple de 60 à 90 om de la coque intérieure, et les têtes de pulvérisation sont espacées d'environ 1,8 à 3 m.
Au-dessus du pont, des distributeurs secondaires 52 partent aussi du distributeur principal 44 vers l'intérieur, à peu près jusqu'à la partie centrale du navire et à l'ali- gnement vertical des cofferdams. Les distributeurs seoondai- res 52 se recourbent vers le bas pour passer verticalement entre les parois espacées de chaque cofferdam. Ces distribu- teurs secondaires 52 sont aussi munis de tubes pulvérisa- teurs multiples 54, espacés verticalement, présentant des ouvertures de pulvérisation 56 dirigées dans les deux sens vers les parois espacées du cofferdam, pour mouiller les pa- rois d'eau.
La relation d'espacement et la disposition cor- respondent quelque peu aux éléments semblables qui sont uti- lisés dans les oaissons latéraux, en fournissant ainsi un moyen de mouiller les parois extérieures des compartiments sur toute leur surface verticale. Dans la variante représentée, le distributeur principal est muni d'une vanne principale 58 servant à commander l'écoulement d'eau de la pompe aux dis- tributeurs secondaires. Au lieu d'utiliser une seule vanne, on peut utiliser des vannes séparées (non représentées) pour chacun des distributeurs secondaires pour commander indivi- duellement l'écoulement d'eau à travers ceux-ci.
Dans la direction longitudinale du navire s'étendent également, à l'alignement vertical des caissons latéraux, des distributeurs de vapeur 60 reliés à une source de vapeur d'eau sous pression, venant par exemple de la salle des ma- chines. Des tuyaux à vapeur 62, reliés au distributeur principal de vapeur par des robinets-vannes 64 descendent
<Desc/Clms Page number 10>
à travers le pont supérieur dans les caissons latéraux et dans les cofferdams entre les parois espacées. Les tubes à vapeur descendent en serpentin entre les parois des caissons et les cofferdams, en formant un revêtement approprié pour chauffer uniformément les parois des coques intérieure et ex- térieure des cofferdams et pour chauffer l'espace ménagé entre elles.
Bien que les tuyaux à vapeur puissent descendre jus- qu'au fond des caissons latéraux, il est préférable de limi- ter les tuyaux à vapeur à la partie supérieure des caissons latéraux, tandis qu'il est plus désirable de couvrir toute la surface des cofferdams, comme on l'a représenté sur les fig.
4 et 5.
Cela provient du fait que le niveau d'eau dans les caissons latéraux peut s'élever jusqu'au niveau du caisson latéral supérieur, en formant un ballast qui fournit en même temps un moyon de dissiper le froid éventuel, tandis que les cofferdams sont habituellement maintenus exempts d'eau. Quand on laisse l'eau se rassembler dans les caissons latéraux, il est désirable de prévoir des moyens pour maintenir l'eau en mouvement afin de dissiper la chaleur ou le froid des parois des réservoirs, de manière à éviter la solidification de l'eau par congélation lorsque des points froids apparaissent dans les parois des compartiments.
A cet effet, il est désirable de prévoir une ou plusieurs ouvertures de vidango 64, à un niveau inférieur aux tuyaux à vapeur, pour maintenir l'eau à un niveau prédéterminé dans les caissons latéraux, indépen- damment de la pulvérisation d'eau des tuyaux sur les parois des compartiments.
Outre l'utilisation de tâtes de pulvérisation pour l'introduction d'eau dans les caissons latéraux ou sur les parois des compartiments, on peut prévoir des pompes à eau séparées dans les caissons latéraux ou ailleurs, en un
<Desc/Clms Page number 11>
endroit approprié du navire, pour introduire et faire cir- culer rapidement de l'eau dans les caissons latéraux afin de dissiper la chaleur ou le froid des parois. Ces pompes, habituellement de plus grande capacité que la tête de pul- @ vérisation, peuvent introduire de l'eau en grands volumes pour provoquer une circulation rapide de la pompe à la vidange pour le retour à la mer.
En pulvérisant pour mouiller les faces extérieures de la coque intérieure et les cofferdams, on peut maintenir à un niveau de sécurité et à un niveau constant les parois auxquelles est fixé l'isolant 26, afin de réduire au mini- mum les variations de température et de maintenir ainsi un taux relativement constant de transfert de chaleur à travers les parois, indépendamment de la température ambiante. Cela est désirable non seulement pour diminuer la quantité de ohaleur transférée, mais cela permet aussi de régler plus exactement la quantité de vapeurs formées, de sorte que l'on peut tirer plus pleinement parti des vapeurs qui sont déga- gées pendant le voyage.
Dans le cas de détérioration de parties de l'isolant, on peut détecter cette détérioration soit par l'augmentation de la quantité de vapeur produite par un caisson adjacent, soit par une différence dans la température des parois exté- rieures du compartiment. Si la détérioration est de caractè- re secondaire, on peut la compenser en refroidissant les pa- rois à l'eau pour réduire au minimum la différence de tempé- rature de part et d'autre de l'isolant.
Dans le cas d'une détérioration plus importante de l'isolant, on peut protéger les parois métalliques contre le refroidissement à des températures excessivement basses, en faisant couler l'eau rapidement sur les parois pour dissiper de plus grandes quantités de froid des parois des compartiments,
<Desc/Clms Page number 12>
afin de protéger les parois contre la rupture jusqu'à ce qu'on puisse retirer le gaz naturel liquéfié ou réparer les dégâts. L'écoulement rapide de l'eau joue ainsi le rôle d'une mesure de secours pour contrecarrer les forces qui pourraient, sans cela, oonduire à l'apparition d'un état de choses dangereux.
On fait circuler de la vapeur par les tuyaux à va- peur pour chauffer l'espace compris entre les/coques et les cofferdams afin de chauffer le métal à une température éle- vée en cas de détérioration locale d'isolant, ou d'élever la température à l'intérieur des caissons ou des oofferdams dans le cas où la température ambiante est inférieure au point de congélation. Ainsi, la chaleur introduite empêche la congélation de l'eau sur les parois des caissons latéraux et de cofferdam, en permettant d'accéder normalement aux pa- rois pour régler la température de la façon désirée.
Dans le cas où on laisse de la glace s'accumuler sur les parois iso- lées, le métal peut être exposé à des températures très in- férieures à ce que ce métal peut supporter sans qu'il existe de moyens pour dissiper immédiatement le froid. On peut aussi introduire de la chaleur pour chauffer l'eau qui est en con- tact avec les réservoirs, afin de dissiper plus efficacement le froid.
On satisfait ainsi à la nécessité de pouvoir chauffer l'eau et les caissons latéraux et les cofferdams situés au- tour des compartiments pour maintenir des différences de tem- pérature uniformes indépendamment de la température ambiante ou des différences des caractéristiques de l'isolant.
Au lieu de tuyaux à vapeur disposés en serpentin comme on l'a indiqué, les tuyaux à vapeur peuvent être disposés au- trement en un réseau traversant les caissons latéraux et les oofferdams, ou bien on peut utiliser d'autres moyens de chauf- fage.
<Desc/Clms Page number 13>
Il est évident d'après ce qui précède que l'on a incorporé à la structure du navire des éléments propres à sauvegarder le navire dans son voyage pour le transport d'un gaz naturel liquéfié à bas point d'ébullition depuis une source de ravitaillement abondant jusqu'à une zone qui est pauvre en combustible bon marché. Il est évident que les caractéristiques exposées comme destinées à servir dans une construction de navire sont aussi applicables au stockage terrestre du gaz naturel liquéfié froid, pour protéger les parois métalliques du réservoir contre les forces destructives qui pourraient apparaître sans cela et pour réduire au minimum la parte. de vapeurs descaissons en réglant la température des parois extérieures.
Les caractéristiques décrites peuvent être adaptées à d'autres structures de navires contenant des réservoirs isolés pour le transport des gaz liquéfiés à bas point d'ébullition.
Diverses modifications peuvent d'ailleurs être appor- tées à la forme de réalisation, représentée et décrite en dé- tail, sans sortir du cadre de l'invention.