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"Réservoir pour l'emmagasinage de liquides froids".
La présente invention est relative à la construction et à l'agencement de réservoirs de grande capacité, appelés à être utilisés pour l'emmagasinage et le transport d'un liquide maintenu à des températures extrêmement basses, soit,à la tem- pérature du point d'ébullition d'un gaz liquéfié, tel que le gaz naturel, ou au-dessous de cette dernière température.
La présente invention sera décrite à propos de l'emmaga- sinage et du transport de gaz naturel ou de méthane liquéfiés;
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il est cependant bien entendu que les principes de la construc- tion et de l'agencement d'un réservoir pour l'emmagasinage de liquides peuvent être adaptés en vue de leur application à d'autres gaz liquéfiés ayant, à la pression atmosphérique, un point d'ébullition considérablement inférieur à celui de la température ambiante, tels que l'éthane, l'éthylène, le propane et le propylène .
Des systèmes pour l'emmagasinage et le transport du gaz naturel liquéfié, en volumes importants, ont été décrits dans le brevet belge n 557. 263, systèmes dans lesquels le gaz na- turel liquéfié est emmagasiné dans de grands réservoirs métal- liques fixés dans la cale d'un navire comportant une coque mé- tallique extérieure et une coque métallique intérieure qui est séparée de la coque extérieure, de manière à déterminer des ballasts en abord entre les deux coques. La cale est complète- ment isolée au moyen d'une matière mauvaise conductrice de chaleur, fixée aux surfaces intérieures de la coque intérieure, de manière à réduire les pertes de chaleur en direction des réservoirs montés à l'intérieur de la cale isolée.
Etant donné les modifications importantes que subissent les dimensions des réservoirspar suite de la dilatation et de la contraction sous l'effet des variations de température, il est avantageux que les réservoirs soient supportés à l'in- térieur de la cale d'une manière permettant des déplacements relatifs libres entre les réservoirs et le corps du navire, tout en comportant des moyens pour stabiliser la position des réservoirsà l'intérieur de la cale isolée, en vue de mainte- nir la position d'équilibre-, en dépit du tangage et du roulis du navire. Dans le brevet précité, de tels moyens sont cons- titués par des tenons et des logements à tenons, prévus à la base et au sommet du réservoir et au voisinage du corps du navire.
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L'accès vers l'intérieur du réservoir - en vue du char- gement et du déchargement, de l'évacuation de la vapeur, de la vérification du niveau du fluide, etc. - est assuré au moyen d'une cheminée de dimensions réduites qui s'étend vers le haut, à partir de la paroi supérieure du réservoir, à travers une ouverture appropriée, prévue dans le pont du navire. Tous les tuyaux d'amenée et d'évacuation, les organes de réglage de la pression, les conduits de sortie de vapeur, et analogues, par- tent de la cheminée vers le réservoir.
Dans une construction et une disposition de ce type, un grand nombre d'éléments sont exposés, en cours de service, à des variations de température, allant depuis la température ambiante d'environ 80 à 100 F, qui règne lors de l'installa- tion ou lorsque les réservoirs sont vides, jusque -258 F en- viron, qui se présente lorsque les réservoirs sont refroidis et contiennent le liquide.
Ainsi, lorsque le tuyau d'évacua- tion se dirige vers le bas, à travers la cheminée, jusqu'au fond du réservoir, et que la pompe est disposée sur ce dernier, une grande partie des organes de la pompe sont exposés à des variations extrêmes de température, de sorte que les différen- ces dans la dilatation ou la contraction ou la solidification des matières peuvent déterminer un grippage des organes ou entraîner le givrage de certains organes de la pompe, ce qui entrave le fonctionnement de celle-ci et le refoulement du liquide hors du réservoir d'emmagasinage.
De telles perturba- tions nécessitent une évacuation complète du liquide hors du réservoir, afin que celui-ci puisse être réchauffé, pour per- mettre le dégagement des organes, ou être neutralisé, afin qu'un homme puisse entrer dans le réservoir et procéder aux remplacements et réparations nécessaires.
Dans le cas où la pompe de refoulement principale se gi- vre ou est mise hors d'état de fonctionner par une autre cau-
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se, on doit prévoir des moyens, sous la ferme a'une perge aspirante-foulante, disposée au fond du réservoir et ¯ à évacuer le liquide par le lent procédé consistant à altemmer la mise sous pression,en vue du refoulement du liquida, avec la décompression visant à permettre au liquide d'affluer dans le corps de la pompe.
Il est évident que, en considérant que la cheminée présen- te des dimensions moindres que le réservoir, on ne dispose que d'un espace limité pour établir les divers raccordements et soudures, ce qui augmente le coût de la construction et nuit à la qualité des soudures.
La présente invention élimine les difficultés ci-dessus grâce à une construction et une disposition nouvelles et emé- liorées d'un réservoir pour 1'emmagasinage et le transport d'un liquide appelé à êtremaintenu à des températures consi- dérablement inférieures à la température ambiance, par exemple, des températures pouvant descendre jusque -260 F, ce réservoir comprenant des moyens pour éliminer le risque d'un grippage ou d'un givrage de la pompe de refoulement, ce qui évite la nécessité d'employer des moyens auxiliaires pour opérer 1 en- lèvement du liquide hors du réservoir.
Suivant l'invention, un réservoir pour l'emmagasinée d'un liquide à des températures considérablement inférieure à la température ambiante comprend : une colonne qui se dira- ge vers le bas à traversune partie centrale duréservoir, du sommet à la base de celui-ci, les parois du réservoir et de la colonne étant formées en une matière ayant un# rigidité mécanique élevée, et imperméable aux fluides, matière ¯lui con- serve sa résistance mécanique et sa ductilité à la températu- re du liquide froid, ledit réservoir et ladite colonne étant réunis entre eux à joint étanche, àe manièreà lsoler l'inté-
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rieur de la colonae d'avec le re3e :::..":' :C";,52r"'-'-J:".:-; 1:-:
=.=-r.- re formant isolant thermique appliquée S1¯ 1? ' .¯..- ¯ . ¯ i'. ', ¯ ¯¯¯ ¯. re de la colonne; un dispositif de déplace uni de ±1,itz..# posé à l'intérieur de la colonne, à la base de C ¯ :.¯¯,.. ,.¯ ..:"':;' :' 'voisinage de cette base: un conduis situé à la case- ou @@ voisinage de la base - du réservoir et assurant la communica- tion entre l'espace du réservoir, situé à l'extérieur de la colonne, et le dispositif de déplacementde fluide; un autre conduit assurant la communication entre le dispcsitif --le cement de fluide et l'extérieur du réservoir ;
et un systène pour actionner ledit dispositif de déplacement de fluide- en vue du refoulement du liquide hors du réservoir.
De tels réservoirs seront généralement combinés avec @@@ matière thermiquement isolante, telle que le bois de cals=.
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qui enveloppe le réservoir com?lète8Yl ou presque cosplèl.?!nent.
De tels réservoirs peuvent être employés seuls ou en combinai- son avec d'autres réservoirs analogues ou avec des réservoirs
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de construction plus classique, C');:;:-1':! il sera décrit de ,iz;- #1. détaillée dans la suite. Ils sont particulièrement afijl-1 .i - <#;¯ = ; en tant que réservoirs d'accumulation peur l:i..'::yr;e3 pur -is navires destinés à transporter par .ier les gaz 1.¯u' .r. c'est-à-dire, des navires tels quo décrits dan.::. le . v.¯.. '1- ge n 557.263.
Aux fins de démonstration, l'in.Jen;1,>rà sera vi,^.¯ ¯ i- - après en se reportant aux dessins anne::és, duns 19Sql":",'.;:; : La fig. 1 est une vue schématique en iv^ 1f' : .àz .i; ;';-.- p9, d?u:a navir3 or::l<1nt des réservoirs suivant, i 1 ? 1¯=.. - .; .-. -' - ,= , La figo 2 est une vue en élévation et 'en coure : ;¯ :1 -=-- présente schématiquement la construction eT, l! E.;;'Ô':1::: ".:,<}:,: 1' =z réservoir suivant 2 présente invention; et La fit. 3 est une -'TU'3 cchénatique en {jlrlf15O':2 :.¯.¯:r=::. la disposition de réservoirs combinés.
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Dans la fig. l, on a représenta un navire construit ce manière à comporter une coque extérieure 12 et une coque inté- rieure 14 écartée d'une petite distance vers l'intérieur par rapport à la coque extérieure, tout en étant solidarisa de cette dernière, de manière à former une construction rigide comprenant un espace libre 13 entre les deux coques, dans le- quel peuvent être constitués des ballasts en abord où l'on peut faire circuler l'eau du lest destinée à assurer la marche correcte du navire, ou à travers lesquels on peut introuuire un fluide d'échange de chaleur,
afin de maintenir la tempéra- ture de la coque intérieure dans les limites vouluesou d'em- pêcher la transmission du froid à la coque extérieure.
L'espace de chargement situé à l'intérieur de la coque intérieure peut être divisé d'autre part en cales séparées. au moyen.de cloisons étanches 18 disposées transversalement par rapport au navire.
Les surfaces intérieures des parois de la coque intérieu- re et les cloisons étanches sont garnies d'une couche relative- ment épaisse 20 d'une matière formant isolant thermique, de façon à constituer des cales isolées, dans lesquelles en dis- pose un ou plusieurs réservoirs 22 pour l'emmagasinage et le transport du gaz liquéfié. Chaque réservoir' contient, un puits ou une colonne 34, qui sera décrite d'une manière plus détail- lée à propos des figs. 2 et 3.
Le réservoir d'emmagasinage pour le liquide est construit en aluminium, en acier inoxyda- ble, ou en un métal analogue, capable de conserver sa rigidité mécanique et sa ductilité lorsqu'il est soumis à des oasses températures de l'ordre de cellesdu gazliquéfié, ce métal ayant une rigidité mécanique suffisance pour résister à la charge hydrostatique dans les conditions d'utilisation.
La coque intérieure et la coque extérieure du navire peuvent être construites en un acier généralement employé pour la construc-
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tion de navires, bien que l'on puisse réaliser certains avan- tages en construisant la coque intérieure 14 en un métal ou une matière dont la rigidité mécanique n'est pas influencée dé- favorablement par la basse température du liquide, de façon que la coque intérieure puisse agir comme réservoir secondaire en cas de défaillance d'un quelconque des réservoirs 22.
L'iso- lant se compose d'une matière ayant une faible conductibilité thermique ; il est cependant préférable d'établir au moins la partie formant "plancher" de l'isolant en une matière offrant une bonne résistance mécanique, telle que le bois de balsa, de quippo, ou un bois analogue, de façon que cette matière puisse supporter les réservoirs sur ses surfaces, comme il sera exposé dans la suite.
Les réservoirs 22 peuvent avoir une section transversale de forme circulaire ou d'une autre forme curviligne; il est cependant préférable de leur donner une forme prismatique, soit, une section carrée ou rectangulaire, afin de tirer un meilleur parti de l'espace isolé disponible dans le navire. Il est bien entendu que la construction décrite ici est également ap- plicable dans d'autres moyens de transport, voire même pour l'emmagasinage à terre du gaz liquéfié, étant entendu que ce sont le transport et l'emmagasinage à bord des navires qui sou- lèvent le plus grand nombre de problèmes, comme il apparaîtra dans la suite.
Dans la fig. 2 (où les chiffres de référence 12, 14, 16, 18 et 20 désignent les mêmes éléments que dans la fig. 1), on a représenté la construction et l'agencement d'un réservoir comportant les caractéristiques de la présente invention et dimensionné de manière à offrir une capacité lui permettant de contenir plusieurs milliers de barils de liquide 24.
Le réservoir - qui affecte soit une forme ronde, soit une for- me carrée, rectangulaire, triangulaire, ou une autre forme
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prismatique - possède une paroi supérieure 28, une paroi infé- rieure 30 et des parois latérales 32, fixées entre elles à joint étanche, de manière à former entre elles un espace clos.
Une colonne 34 descend verticalement dans le réservoir à tra- vers l'accès central de celui-ci, cette colonne affectant de préférence la forme d'un élément tubulaire de forme cylindri- que ou polygonale, dimensionné de manière à présenter une hau- teur supérieure à celle de la partie du réservoir appelée à con- tenir le liquide, de telle manière que la colonne se prolonge d'une courte distance au-dessous de la paroi inférieure et au- dessus de la paroi supérieure du réservoir, pour constitaer un prolongement inférieur 36 et un prolongement supérieur 38.
La section transversale de la colonne est calculée de façon à offrir un espace suffisant pour permettre la circulation d'hom- mes et de matériel à travers ces colonnes. Les parois 40, qui limitent la colonne sont constituées en un métal analogue à celui des parois 28, 30 et 32 du réservoir, les parois de la colonne étant réunies aux parois voisines, du réservoir, par exemple par soudage ou d'une manière analogue, de façon à as- surer un joint étanche entre les parois de la colonne et les parois du réservoir et à isoler l'intérieur de la colonne par rapport au liquide contenu dans le réservoir.
La surface intérieure de la colonne est recouverte d'une couche 42 de matière isolante, afin de réduire le taux de transmission de la chaleur ou du froid, ce qui a pour effet, d'une part, de réduire les pertes de chaleur en direction du liquide et, d'autre part, de permettre le chauffage de la co- lonne, afin qu'un homme puisse travailler à l'intérieur de celle-ci. Il est évident que la quantité d'isolant requise sur les parois de la colonne est considérablement inférieure à celle nécessaire pour la cale, vu que l'accès de l'intérieur de la colonne, ne s'imposera qu'à de très rares occasions,
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où l'on pourra faire circuler de l'air chaud dans la colonne, de façon à établir une température exempte de danger, sans qu'il y ait des pertes de chaleur excessives vers le réservoir.
La pompe 44, qui sert à refouler le liquide hors du réservoir, est située à l'intérieur de la colonne, de préférence au voisi- nage de la paroi de fond de celle-ci, tandis que le système de commande 46, sous la forme d'un moteur électrique ou d'une tur- bine, ou analogue, peut être disposé au voisinage de la pompe, en vue de l'entraînement de celle-ci. Un tube 48 relie le côté aspiration de la pompe à l'orifice d'évacuation 50 prévu au fond de l'espace d'emmagasinage de liquide du réservoir et des- tiné à l'écoulement du liquide de l'espace d'emmagasinage vers la pompe.
Ce tube est muni d'un accouplement flexible 52 destiné à permettre les dilatations et les contractions dues aux variations de température; il est en outre établi en vue de recevoir une soupape 54 dont l'ouverture et la fermetu- re peuvent être commandées à distance. Le côté refoulement de la pompe communique avec un tuyau destiné à débiter le li- quide hors du réservoir, cette communication passant par un tuyau 56 qui se dirige vers le haut à partir de la pompe, en traversant la colonne, jusqu'au-delà de l'espace appelé à re- cevoir le liquide. A partir de là, le tube peut se prolonger vers le haut à travers la partie supérieure de la colonne ; il est cependant préférable que le tuyau de refoulement traverse la paroi latérale de la colonne à un niveau tel qu'il soit protégé par l'isolant 58 qui recouvre le réservoir.
De mène, plusieurs parmi les éléments qui, précédemment, se dirigeaient vers le bas à travers la cheminée, peuvent désormais longer la colonne intérieurement, pour traverser ensuite latéralement la paroi de celle-ci et pénétrer dans l'espace d'emmagasinage de liquide du réservoir. Le sommet de la colonne est muni d'un trou d'homme 60 donnant accès à l'intérieur de la colonne.
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Les parties 38 et 36 de la colonne peuvent agir comme moyens pour stabiliser le réservoir dans l'espace isolé.
Il est évident que la construction et l'agencement du ré- servoir comportant les particularités de la présente invention offrent un certain nombre d'avantages.
La partie 36 de'la'colonne, qui se prolonge vers le bas au-delà de la paroi de fond 30 du réservoir peut agir à la ma- nière d'un tenon appelé à être accueilli dans un logement à tenon 62 prévu dans le plancher isolant 26, sur lequel le ré- servoir est supporté. Le tenon et le logement à tenon détermi- nent la position d'équilibre du réservoir, tout en permettant aux parties extérieures de ce dernier de se rapprocher et de s' éloigner du logement à tenon sous l'effet de dilatations et de contractions dues aux variations de température.
La partie 38 de la colonne,qui se prolonge vers le haut au-delà de la paroi supérieure du réservoir est également à même d'agir comme un tenon appelé à être accueilli dans le logement à tenon 64 prévu dans la paroi supérieure de l'iso- lant, ou dans une autre emplanture, en stabilisant ainsi la position de la paroi supérieure du réservoir.
La partie du prolongement 38 appelée à être accueillie à prise fonctionnel- le dans le logement à tenon 64 est dimensionnée de façon à présenter une longueur plus grande que celle correspondant à la contraction maxima qui, d'après le calcul, peut se produire lorsque la température du réservoir descend de 100 F environ à -250 F, de sorte que le réservoir pourra se dilater ou se contracter librement dans le sens vertical par rapport au corps du navire, sans que le tenon se dégage du logement à tenon, ce qui permet au réservoir d'exécuter des mouvements indépen- àants dans toutes les directions sous l'effet de la dilatation et de la contraction, sans que ce réservoir quitte une posi- tion déterminée d'avance.
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L'intérieur de la colonne isolée sera normalement sainte- nu à une température considérablement supérieure à celle du liquide-contenu-dans le réservoir, de sorte que la marche de la pompe sera moins sujette aux perturbations dues au grippage ou au givrage, par suite des variations de température. Au cas où il se- produirait une perturbation dans le fonctionnement, la pompe pourrait être retirée du système sans qu'il soit né- cessaire de vider d'abord tout' le liquide hors du réservoir et de neutraliser ensuite l'atmosphère à l'intérieur de ce dernier, après que le réservoir aura atteint la température ambiante.
De même, en cas d'arrêt dû à des perturbations qui exigent des réparations, on peut maintenir la colonne à une température permettant l'entrée du personnel chargé d'effec- tuer la réparation,ce qui élimine les longs délais nécessai- res normalement pour évacuer le liquide hors du réservoir et pour chauffer et neutraliser ce dernier avant que l'on ne puisse accéder à son intérieur.
Le prolongement de la colonne au-delà de la paroi de fond 30 du réservoir permet de disposer le raccord d'aspiration de la pompe à un niveau inférieur à celui dé la surface inférieu- re du liquide contenu dans ce réservoir, ce qui permet de sou- tirer le liquide hors de celui-ci d'une façon sensiblement complète. Ainsi, on peut évacuer complètement le liquide, ce qui permet d'affecter le réservoir à d'autres usages pendant le voyage de retour, cela sans pertes de produit et sans les pertes de temps que nécessite l'élimination complète du gaz liquéfié.
Cette disposition permet également d'évacuer le liquide hors du réservoir jusqu'à un niveau plus bas que celui que l'on pouvait atteindre à ce jour, même à l'aide d'une pom- pe aspirante-foulante, ce qui élimine la nécessité de prévoir de tels moyens de pompage auxiliaires et le matériel de sup- port correspondant; ainsi que les canalisations y afférentes.
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'r9C au fait que J..3.. por:.)'2 t. se3 V:-""6:2....."":S 3 % :,..,. ¯ :'1.1-::.3 J. l'intérieur de la. colonne, on wi::zne ;:::::-S3.:¯:':.;, e:.ß.l:.....¯." l'im- portant gradient de température qui existait a ce jour, lorsque
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certains organes de la pompe étaient 1#;.ier14s dans le ¯ '.2;.¯3, tandis que d'autres se trouvaient en dehors de l'espace occupe par le liquide, de sorte que le risque de givrage ou de grippa- ge par suite de variations de température ou d'un gradient, de
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température se trouve réduit au minimum:1.
De :71êli19, le fait que la pompe et ses organes sont protégés contre l'extrême froid
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du liquide contenu dans l'espace d'esniagasinage permet d'em- ployer des systèmes de pompage moins onéreux et des systèmes de commande également moins onéreux ou plus économiques, qui peuvent d'ailleurs occuper divers emplacemenes, à volonté.
Etant donné que la plupart des canalisations communiquant avec l'espace d'emmagasinage de liquide du réservoir peuvent passer par la colonne, pour aboutir au sommet du réservoir, on peut réduire notablement le nombre des tuyaux (non repré- sentés) appelés à se diriger vers le haut à travers la cheminée
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du réservoir, ainsi que le nombre des s.7.iàur*s, en sim wr =ra ainsi la construction du réservoir, ce qui permet d'établir un réservoir plus solide et plus représentées) à moins de frais.
Les autres canalisations (non représentées) dont il est ques- tion peuvent comprendre les tuyaux d'année pour le remplissa- ge des réservoirs, les tuyaux à vapeur pour le soufflage desdits réservoirs, et analogues.
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Il n'est pas nécessaire de 'Jré'ioÍ::- une colonne 40 dana C!1acun des réservoirs. Il suffira qu'un c.u ;'1,'. des 1'.:3",;:'- voirs disposés dans l'espace d'3 chargement isolé soient -t:1is d'une colonne construite corme décrit plus haut. Dans ces conditions, des réservoirs voisins peuvent être relies entre
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eux par des tuyaux ou canaux 70 rai¯1¯nis i2 soupapes de r;1S8 télécommandées 72, de telle sorte que l'entrée du liquide
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dans un réservoir et sa 30r-cie hors -le C :i2^..'¯..¯.à::x.¯ façon à régler le niveau du liquide .j::.":1S les. r$s;-;r7:)i.r3 -:.ni-. sins, de telle façon -ue tous les réservoirs 1.:,1L Sv¯i:
0r8 j.i?- cués ou remplis à partir d'un ou de plusieurs réservoirs -"?Ci',".1.:, de colonnes, établis de façon à comporter les caractéristiques de la présente invention. Cette construction est représentée schématiquement dans la fig. 3, dans laquelle les chiffres 2 référence restants désignent les mêmes éléments que dans les figs. 1 et 2.
Grâce au fait que la colonne est disposée dans une pani-j intérieure de la section transversale du réservoir, elle n'en- ' traîne qu'une très faible perte- de la capacité volumétrique du réservoir. Au contraire, on a constaté qu'une colonne cen- trale contribue dans une grande mesure à a;enter la rigidité mécanique du réservoir, de sorte que l'on peut désormais cons- truire des réservoirs d'une capacité encore plus grande, ce ui permet effectivement de réduire le coût et d'augmenter l- coef- ficient d'utilisation de l'espace disponible pour À'en;T,ii,*1=;,1- ge et le transport du liquide.
La colonne centrale peut être utilisée conrfie support zuur pièces de renfort ou entretoises telles Que représentées par des poutres ou plaques 74 disposées horizontale--i-3n-, (voir fig. 2) et fixées aux parois du réservoir et à celles de la colonne, tout en étant de préférence espacées dans le sens ver- tical. Ces entretoises servent à Ustl2nter la r?33C ez la rigidité de i39i1S:.G.L3 de la structure du :,és::?r70i! .l peuvent éaleJ:1'E;D.t. â-lr C;u:P i3 pl3.çU'2B anti-clapotis, ce zizi ='1S-G ,i,,'..,s,2i7i¯r des réservoirs d'une capacité nïzC=".? ':3 grande.
Il â..¯.# constaté que, pour éviter les e,.f;":S destructeurs qui pourraient provenir des chocs s'exerçant sur la co3:Jnn. du réservoir en raison des '.:20?rc::?E2Iv .. de balancement et de coulis
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du navire, il était avantageux de ralentir les mouvements balancement du réservoir, par exemple grâce à l'emploi d'ar r- tisseurs ou autres organes, qui agissent à l'encontre des endes de la part des éléments du réservoir et des surfaces rigides éventuellement employées pour stabiliser la position du ré- servoir.
Un tel système d'amortissement ou de ralentissement est de préférence disposé de manièreà agir sur la partie su- périeure du réservoir, étant donné que les déplacements de la. partie inférieure rencontrent une résistance suffisamment effi- cace de la part des forces frictionnelles qui se manifestât. entre le fond du réservoir et la surface supérieure du plancner ou de l'isolant sur lequel ce réservoir repose.
Dans la va- riante représentée (voir fig. 2), une telle action d'amortisse- ment ou de ralentissement peut être exercée par les ressorts hélicoïdaux 80, dont plusieurs sont disposés de façon à être écartés latéralement les uns par rapport aux autres, ces res- sorts étant à l'état comprimé, leur extrémité extérieure étant fixée à une potence 82 formant saillie vers le bas sur une par- tie voisine appartenant au corps du navire, tandisque leur ex- trémité intérieure porte contre la paroi extérieure de la ce- lonne. Lorsqu'on prévoit une cheminée d'accès, le système élastique destiné à ralentir les mouvements peut être disposa d'une manière analogue, dans le but d'agir sur la cheminée d'accès et non pas sur la colonne.
Au lieu d'utiliser des ressorts hélicoïdaux tels que décrits plus haut, on peut pré- voir, pour ralentir le mouvement de balancement du réservpar, un élément élastique tassé entre la colonne et le système de support rigide, cet élément étant constitué par exemplepar du caoutchouc-mousse, ou analogues.
Dans la description ci-dessus, on a précu l'emplacement de la colonne le long de l'axe vertical du réservoir; on conçoit cependant que la colonne peut être écartée du centre. Toute-
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fois, lorsque la colonne agit comme un tenon pour le réservoir, la position centrale de la colonne constitue la position d'é- quilibre à partir de laquelle les parties extérieures du réser voir peuvent se dilater ou se contracter.
Il ressort de ce qui précède que la présente invention permet d'établir un réservoir, d'une construction et d'un agen- cement nouveaux et perfectionnés, réservoir susceptible d'être établi et utilisé plus efficacement en vue de l'emmagasinage et du transport d'un liquide qui doit être maintenu à une tem- pérature extrêmement basse, ce réservoir pouvant être conçu en vue de son installation dans un espace de chargement isolé faisant partie d'un navire ou d'un autre moyen de transport, ou encore, en vue d'un emmagasinage à terre.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Tank for storing cold liquids".
The present invention relates to the construction and arrangement of large capacity reservoirs, intended to be used for the storage and transport of a liquid maintained at extremely low temperatures, that is, at the point temperature. boiling a liquefied gas, such as natural gas, or below the latter temperature.
The present invention will be described in connection with the storage and transport of natural gas or liquefied methane;
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it is however of course understood that the principles of the construction and arrangement of a reservoir for the storage of liquids can be adapted with a view to their application to other liquefied gases having, at atmospheric pressure, a considerably lower boiling point than at room temperature, such as ethane, ethylene, propane and propylene.
Systems for the storage and transport of liquefied natural gas, in large volumes, have been described in Belgian patent no.557.263, systems in which the liquefied natural gas is stored in large metallic tanks fixed in. the hold of a ship comprising an outer metal hull and an inner metal hull which is separated from the outer hull, so as to determine ballasts in approach between the two hulls. The hold is completely insulated with a poor heat conductor material attached to the interior surfaces of the inner hull to reduce heat loss to tanks mounted inside the insulated hold.
In view of the large changes in the dimensions of the tanks due to expansion and contraction under the effect of temperature variations, it is advantageous that the tanks are supported inside the hold in a manner which allows free relative movements between the tanks and the body of the ship, while comprising means for stabilizing the position of the tanks inside the isolated hold, with a view to maintaining the position of equilibrium, in spite of the pitch and the roll of the ship. In the aforementioned patent, such means are constituted by tenons and tenon housings, provided at the base and at the top of the tank and in the vicinity of the body of the vessel.
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Access to the interior of the tank - for loading and unloading, evacuating steam, checking the fluid level, etc. - is ensured by means of a chimney of reduced dimensions which extends upwards, from the upper wall of the tank, through a suitable opening provided in the deck of the ship. All supply and discharge pipes, pressure regulators, steam outlet pipes, and the like, run from the chimney to the tank.
In a construction and arrangement of this type, a large number of elements are exposed, in service, to variations in temperature, ranging from the ambient temperature of about 80 to 100 F, which prevails during the installation. - tion or when the tanks are empty, down to about -258 F, which occurs when the tanks are cooled and contain the liquid.
Thus, when the discharge pipe runs downwards through the chimney to the bottom of the tank, and the pump is placed on the latter, a large part of the pump components are exposed to stress. extreme variations in temperature, so that differences in the expansion or contraction or solidification of materials can cause parts to seize or cause icing of certain parts of the pump, which impairs the operation of the pump and the discharge of the liquid out of the storage tank.
Such disturbances require a complete evacuation of the liquid from the tank, so that it can be reheated, to allow the release of the parts, or be neutralized, so that a man can enter the tank and carry out the repairs. replacements and repairs required.
In the event that the main delivery pump freezes or is disabled by another cause
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If, we must provide means, under the farm has a suction-treading pole, placed at the bottom of the tank and ¯ to evacuate the liquid by the slow process consisting in altering the pressurization, with a view to the discharge of the liquid, with decompression to allow liquid to flow into the pump body.
It is obvious that, considering that the chimney has smaller dimensions than the tank, only a limited space is available to establish the various connections and welds, which increases the cost of construction and affects the quality. welds.
The present invention overcomes the above difficulties by a new and improved construction and arrangement of a tank for the storage and transport of a liquid which is to be maintained at temperatures considerably below ambient temperature. , for example, temperatures which can drop down to -260 F, this reservoir comprising means for eliminating the risk of seizure or icing of the delivery pump, which avoids the need to use auxiliary means to operate 1 removing the liquid from the tank.
According to the invention, a reservoir for storing a liquid at temperatures considerably lower than ambient temperature comprises: a column which runs downwardly through a central portion of the reservoir, from the top to the bottom thereof. ci, the walls of the tank and of the column being formed of a material having a high mechanical stiffness, and impermeable to fluids, which material retains its mechanical strength and its ductility at the temperature of the cold liquid, said tank and said column being joined together with a tight seal, so as to isolate the inter-
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laughing of the colonae with the re3e ::: .. ": ': C";, 52r "' -'- J:".: -; 1: -:
=. = - r.- re forming applied thermal insulation S1¯ 1? '.¯ ..- ¯. ¯ i '. ', ¯ ¯¯¯ ¯. re column; a uni-displacement device of ± 1, itz .. # placed inside the column, at the base of C ¯: .¯¯, .., .¯ ..: "':;' : '' vicinity of this base: a conduit located in the box- or @@ vicinity of the base - of the tank and ensuring communication between the space of the tank, located outside the column, and the device fluid displacement; another conduit ensuring communication between the device - the fluid cement and the exterior of the reservoir;
and a system for actuating said fluid displacement device for the discharge of the liquid from the reservoir.
Such tanks will generally be combined with thermally insulating material, such as callus wood.
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which envelops the com? lète8Yl or almost cosplèl.?! nent reservoir.
Such reservoirs can be used alone or in combination with other similar reservoirs or with reservoirs.
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of more conventional construction, C ');:;: - 1' :! it will be described from, iz; - # 1. detailed below. They are particularly afijl-1 .i - <#; ¯ =; as storage tanks for l: i .. ':: yr; e3 pur -is ships intended to transport by .ier gases 1.¯u' .r. that is to say, ships as described in. ::. the . v.¯ .. '1- ge n 557.263.
For demonstration purposes, the in.Jen; 1,> rà will be vi, ^. ¯ ¯ i- - after referring to the drawings anne :: és, duns 19Sql ":", '.;:; : Fig. 1 is a schematic view in iv ^ 1f ': .àz .i; ; '; -.- p9, d? u: a navir3 or :: l <1nt of the following reservoirs, i 1? 1¯ = .. -.; .-. - '-, =, Fig. 2 is an elevation view and' in running:; ¯: 1 - = - schematically shows the construction eT, l! E. ;; 'Ô': 1 ::: ".:, <}:,: 1 '= z reservoir according to 2 present invention; and The fit. 3 is a -'TU'3 cchénatique in {jlrlf15O': 2 : .¯.¯: r = ::. The arrangement of combined tanks.
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In fig. 1, there is shown a ship constructed in this way as to include an outer hull 12 and an inner hull 14 spaced a small distance inwards with respect to the outer hull, while being secured to the latter, so to form a rigid construction comprising a free space 13 between the two hulls, in which can be formed ballasts in approach where it is possible to circulate the water of the ballast intended to ensure the correct operation of the ship, or through which we can intrude a heat exchange fluid,
in order to keep the temperature of the inner shell within the desired limits or to prevent the transmission of cold to the outer shell.
The cargo space inside the inner shell can be further divided into separate holds. by means of watertight bulkheads 18 arranged transversely to the ship.
The inner surfaces of the inner hull walls and the watertight bulkheads are lined with a relatively thick layer 20 of a thermal insulating material, so as to form insulated wedges, in which one or more of these are placed. several tanks 22 for the storage and transport of liquefied gas. Each reservoir 'contains a well or a column 34, which will be described in more detail in connection with Figs. 2 and 3.
The liquid storage tank is constructed of aluminum, stainless steel, or the like, capable of retaining its mechanical rigidity and ductility when subjected to low temperatures of the order of those of liquefied gas. , this metal having sufficient mechanical rigidity to withstand the hydrostatic load under the conditions of use.
The inner hull and outer hull of the ship may be constructed of a steel generally used for construction.
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tion of ships, although certain advantages can be realized by constructing the inner hull 14 of a metal or material whose mechanical rigidity is not adversely affected by the low temperature of the liquid, so that the inner shell can act as a secondary tank in the event of failure of any of the tanks 22.
The insulation is made of a material with low thermal conductivity; however, it is preferable to establish at least the "floor" portion of the insulation in a material offering good mechanical strength, such as balsa, quippo, or the like, so that this material can withstand the reservoirs on its surfaces, as will be explained below.
The reservoirs 22 may have a circular cross section or other curvilinear shape; however, it is preferable to give them a prismatic shape, that is, a square or rectangular section, in order to make better use of the isolated space available in the ship. It is understood that the construction described here is also applicable in other means of transport, or even for the storage of liquefied gas on land, it being understood that it is the transport and storage on board ships which raise the greatest number of problems, as will appear in the following.
In fig. 2 (where the reference numerals 12, 14, 16, 18 and 20 denote the same elements as in fig. 1), there is shown the construction and the arrangement of a tank having the characteristics of the present invention and dimensioned so as to offer a capacity allowing it to contain several thousand barrels of liquid 24.
The reservoir - which affects either a round shape, or a square, rectangular, triangular, or other shape
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prismatic - has an upper wall 28, a lower wall 30 and side walls 32, fixed together with a watertight seal, so as to form an enclosed space between them.
A column 34 descends vertically into the tank through the central access thereof, this column preferably taking the form of a tubular element of cylindrical or polygonal shape, dimensioned so as to present a height. greater than that of the part of the reservoir intended to contain the liquid, so that the column extends a short distance below the lower wall and above the upper wall of the reservoir, to constitute a lower extension 36 and an upper extension 38.
The cross section of the column is calculated so as to provide sufficient space to allow the movement of men and material through these columns. The walls 40, which limit the column are made of a metal similar to that of the walls 28, 30 and 32 of the tank, the walls of the column being joined to the neighboring walls of the tank, for example by welding or in a similar manner. , so as to ensure a tight seal between the walls of the column and the walls of the reservoir and to insulate the interior of the column from the liquid contained in the reservoir.
The inner surface of the column is covered with a layer 42 of insulating material, in order to reduce the rate of transmission of heat or cold, which has the effect, on the one hand, of reducing heat losses in the direction of of the liquid and, on the other hand, to allow the heating of the column, so that a man can work inside it. Obviously, the amount of insulation required on the column walls is considerably less than that required for the shim, as access from the inside of the column will only be necessary on very rare occasions. ,
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where we can circulate hot air in the column, so as to establish a temperature free of danger, without there being excessive heat loss to the tank.
The pump 44, which is used to force the liquid out of the reservoir, is located inside the column, preferably near the bottom wall thereof, while the control system 46, under the column. in the form of an electric motor or a turbine, or the like, may be arranged in the vicinity of the pump, with a view to driving the latter. A tube 48 connects the suction side of the pump to the discharge port 50 provided at the bottom of the liquid storage space of the reservoir and intended for the flow of liquid from the storage space to. the pump.
This tube is provided with a flexible coupling 52 intended to allow the expansions and contractions due to temperature variations; it is further established for receiving a valve 54 the opening and closing of which can be remotely controlled. The discharge side of the pump communicates with a pipe intended to deliver the liquid from the reservoir, this communication passing through a pipe 56 which goes upwards from the pump, passing through the column, to beyond. of the space called up to receive the liquid. From there the tube can extend upward through the top of the column; however, it is preferable that the delivery pipe passes through the side wall of the column at a level such that it is protected by the insulation 58 which covers the tank.
As a result, several of the elements that previously went down through the chimney can now run along the column internally, then laterally pass through the wall of the latter and enter the liquid storage space of the tank. The top of the column is provided with a manhole 60 giving access to the interior of the column.
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The parts 38 and 36 of the column can act as a means to stabilize the reservoir in the isolated space.
Obviously, the construction and arrangement of the tank embodying the features of the present invention offers a number of advantages.
The part 36 of the column, which extends downwards beyond the bottom wall 30 of the reservoir, may act as a tenon which is to be accommodated in a tenon housing 62 provided in the insulating floor 26, on which the tank is supported. The tenon and tenon housing determine the equilibrium position of the reservoir, while allowing the exterior parts of the latter to move closer and further away from the tenon housing under the effect of expansion and contractions due to the pressure. temperature variations.
The part 38 of the column, which extends upwards beyond the upper wall of the tank is also able to act as a tenon called to be accommodated in the tenon housing 64 provided in the upper wall of the insulating, or in another root, thereby stabilizing the position of the top wall of the tank.
The part of the extension 38 called to be accommodated with functional engagement in the tenon housing 64 is dimensioned so as to present a length greater than that corresponding to the maximum contraction which, according to the calculation, can occur when the tank temperature drops from about 100 F to -250 F, so that the tank will be able to expand or contract freely in the vertical direction relative to the body of the vessel, without the tenon disengaging from the tenon housing, which allows the reservoir to perform independent movements in all directions under the effect of expansion and contraction, without this reservoir leaving a predetermined position.
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The interior of the insulated column will normally be holy at a temperature considerably higher than that of the liquid-contained-in the tank, so that the operation of the pump will be less subject to disturbances due to seizing or icing, as a result. temperature variations. In the event that there should be a disturbance in operation, the pump could be removed from the system without the need to first drain all liquid from the tank and then neutralize the atmosphere to the tank. inside the latter, after the tank has reached room temperature.
Likewise, in the event of a shutdown due to disturbances requiring repairs, the column can be maintained at a temperature which allows entry of the personnel responsible for carrying out the repair, thereby eliminating the long delays normally required. to evacuate the liquid from the tank and to heat and neutralize the latter before it can be accessed inside.
The extension of the column beyond the bottom wall 30 of the reservoir makes it possible to position the suction connection of the pump at a level lower than that of the lower surface of the liquid contained in this reservoir, which makes it possible to drawing the liquid out of it substantially completely. Thus, the liquid can be completely evacuated, which allows the reservoir to be assigned to other uses during the return trip, without loss of product and without the loss of time required for the complete elimination of the liquefied gas.
This arrangement also makes it possible to evacuate the liquid out of the reservoir to a level lower than that which could be attained to date, even with the aid of a suction-pressing pump, which eliminates the the need to provide such auxiliary pumping means and the corresponding support equipment; as well as the related pipelines.
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'r9C to the fact that J..3 .. por:.)' 2 t. se3 V: - "" 6: 2 ..... "": S 3%:, ..,. ¯: '1.1 - ::. 3 J. the interior of the. column, we wi :: zne; ::::: - S3.:¯: ':.;, e: .ß.l: ..... ¯. "the important temperature gradient that existed at on this day when
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some pump parts were 1 # ;. ier14s in the ¯ '.2; .¯3, while others were outside the space occupied by the liquid, so that the risk of icing or seizure - ge as a result of temperature variations or a gradient,
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temperature is reduced to a minimum: 1.
From: 71êli19, the fact that the pump and its parts are protected against extreme cold
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from the liquid contained in the storage space it is possible to employ less expensive pumping systems and also less expensive or more economical control systems, which can moreover occupy various locations at will.
Since most of the pipes communicating with the liquid storage space of the reservoir can pass through the column, to end at the top of the reservoir, the number of pipes (not shown) required to be directed can be significantly reduced. up through the fireplace
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of the tank, as well as the number of s.7.iàur * s, in sim wr = ra thus the construction of the tank, which makes it possible to establish a more solid and more represented tank) at less expense.
Other pipelines (not shown) referred to may include year-round pipes for filling tanks, steam pipes for blowing said tanks, and the like.
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It is not necessary to 'Jré'ioÍ :: - a column 40 in C! 1 any of the reservoirs. It will suffice that a c.u; '1,'. of 1 '.: 3 ",;:' - sees arranged in the isolated loading space are -t: 1is of a column constructed as described above. Under these conditions, neighboring tanks can be connected between
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them by pipes or channels 70 raī1¯nis i2 remote-controlled r; 1S8 valves 72, so that the liquid inlet
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in a tank and its 30r-cie off -the C: i2 ^ .. '¯..¯.à :: x.¯ so as to regulate the level of the liquid .j ::. ": 1S les. r $ s; -; r7:) i.r3 - :. ni-. sins, so that all tanks 1.:,1L Sv¯i:
0r8 j.i? - cués or filled from one or more reservoirs - "? Ci ',". 1.:, Columns, established so as to include the characteristics of the present invention. This construction is shown schematically in FIG. 3, in which the remaining reference numerals 2 denote the same elements as in figs. 1 and 2.
By virtue of the fact that the column is disposed in an interior part of the cross-section of the tank, it results in only a very small loss of the volumetric capacity of the tank. On the contrary, it has been found that a central column contributes to a great extent to a; enter the mechanical rigidity of the tank, so that it is now possible to build tanks of an even greater capacity, this ui effectively reduces the cost and increases the use coefficient of the space available for A'en; T, ii, * 1 = ;, 1- age and transport of the liquid.
The central column can be used as a support zuur reinforcing pieces or spacers as represented by beams or plates 74 arranged horizontally - i-3n-, (see fig. 2) and fixed to the walls of the tank and to those of the column. , while preferably being spaced vertically. These spacers are used to Ustl2nter the r? 33C ez the rigidity of i39i1S: .G.L3 of the structure of:, és ::? R70i! .l can also be: 1'E; D.t. â-lr C; u: P i3 pl3.çU'2B anti-lapping, this zizi = '1S-G, i ,,' .., s, 2i7īr tanks with a capacity nïzC = ".? ' : 3 large.
He â..¯. # Noted that, in order to avoid destructive e, .f; ": S which could come from shocks exerted on the co3: Jnn. Of the tank due to the '.: 20? Rc ::? E2Iv .. sway and grout
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of the ship, it was advantageous to slow down the swaying movements of the tank, for example by the use of armors or other organs, which act against the stresses on the part of the elements of the tank and the rigid surfaces. possibly used to stabilize the position of the tank.
Such a damping or slowing system is preferably arranged so as to act on the upper part of the reservoir, given that the movements of the. the lower part meet with a sufficiently effective resistance from the frictional forces which appear. between the bottom of the tank and the upper surface of the plancner or the insulation on which this tank rests.
In the variant shown (see fig. 2), such a damping or slowing action can be exerted by the helical springs 80, several of which are arranged so as to be spaced apart laterally with respect to each other, these springs being in the compressed state, their outer end being fixed to a bracket 82 which protrudes downward on a neighboring part belonging to the body of the vessel, while their inner end bears against the outer wall of the vessel. column. When providing an access chimney, the elastic system intended to slow down the movements can be arranged in a similar manner, with the aim of acting on the access chimney and not on the column.
Instead of using helical springs as described above, it is possible to provide, in order to slow down the rocking movement of the reserve, an elastic element packed between the column and the rigid support system, this element being constituted for example by foam rubber, or the like.
In the above description, the location of the column has been precised along the vertical axis of the tank; however, it is understood that the column can be moved away from the center. Any-
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Sometimes, when the column acts as a tenon for the reservoir, the central position of the column constitutes the equilibrium position from which the exterior parts of the reservoir can expand or contract.
It will be seen from the above that the present invention enables a reservoir of new and improved construction and arrangement to be established which can be established and used more efficiently for storage and storage. transport of a liquid which must be kept at an extremely low temperature, which tank may be designed for installation in an isolated cargo space forming part of a ship or other means of transport, or , for storage on land.
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