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Joint d'étanchéité gonflé au gaz pour réservoir de stockage à toit flottant.
La présente invention concerne un type perfectionné de joint d'étanchéité pour un réservoir à toit flottant destiné au stockage de produits volatils.
Depuis de nombreuses années, un des réservoirs de sto- ckage les plus efficaces pour des produits liquides volatils a été le réservoir du type à toit flottant, à fond plat et à paroi cylin- drique qui est bien connu. Un tel réservoir comporte généralement un toit circulaire dont le diamètre est légèrement inférieur au diamètre du réservoir cylindrique et qui doit flotter sur la surfa- ce du liquide stocké dans le réservoir.
Un dispositif d'étanchéité approprié de forme annulaire est placé autour de la périphérie du toit flottant, à l'intérieur de la paroi du réservoir, afin d'ob-
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turer de façon étanche l'intervalle annulaire séparant la jupe du toit flottant de la surface intérieure de la paroi du réservoir, de manière à empêcher des fractions volatiles du produit stocké de s'échapper. Il n'est pas économiquement possible de construire le toit flottant à un diamètre exactement semblable au diamètre de la surface intérieure de la paroi cylindrique de manièrenqu'il y soit ajusté comme un piston dans un cylindre de moteur d'automobile, par- ce que dans un réservoir ayant les dimensions considérées,
la paroi cylindrique est fabriquée en tôle relativement mince qui est soumi- se à des déformations locales causées par des facteurs tels que la contraction thermique des joints soudés, les forces des vents, le tassement inégal des fondations et les tolérances de fabrication et de montage. Pour cette raison, le diamètre du toit flottant peut être de 12 à 24 pouces (30,5 à 61 cm) inférieur au diamètre de la paroi du réservoir, et dans ces cas l'intervalle annulaire séparant la jupe du toit de la paroi du réservoir constitue une sérieuse source de perte par évaporation s'il n'est pas rendu convenablement étanche.
Actuellement, les dispositifs d'étanchéité connus pour l'intervalle annulaire séparant la jupe du toit flottant de la paroi du réservoir sont du type mécanique ou à tube de liquide.
Dans le type mécanique, des patins métalliques flexibles relative- ment minces sont placés en contact de glissement avec la paroi du réservoir, et sont supportés par différentes articulations mécani- ques par le toit du réservoir, un rideau de matière assurant l'étan- chéité s'étendant entre la jupe du toit du réservoir et les patins métalliques.
Ce type de dispositif d'étanchéité possède certains inconvénients inhérents parmi lesquels la corrosion et l'abrasion des parties métalliques, la déformation des patins métalliques fle- xibles qui provoque un contact imparfait avec la paroi du réservoir et qui a pour résultat une forte perte par évaporation du produit volatil stocké, et les étincelles résultant des charges électriques qui créent des arcs entre différents éléments métalliques, ce qui
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augmente le risque d'incendie à moins de prévoir une protection ap- propriée.
D'autre part, le dispositif d'étanchéité connu du type à tube rempli de liquide,, qui dans sa forme de base comprend un tissu caoutchouté assurant l'étanchéité qui s'étend entre le toit et la paroi du réservoir et qui est distendu au moyen d'un tube annulaire rempli de liquide, présente également certaines caractéristiques indésirables qui lui sont inhérentes. Par exemple, la pression exercée par une hauteur de liquide adéquate peut pro- duire une abrasion excessive du tissu qui est en contact de glisse- ment avec la paroi du réservoir. De plus, il arrive fréquemment que le p.oids du liquide amène le joint à s'affaisser plutôt qu'à s'étendre vers l'extérieur contre la paroi du réservoir.
La présente invention prévoit un dispositif d'étanchéité du type en tissu caoutchouté gonflé au gaz pour un réservoir à toit flottant qui n'est pas sujet aux difficultés décrites plus haut con- cernant les dispositifs d'étanchéité de type classique. L'invention prévoit également dans le joint d'étanchéité une source de pression de gaz constante indépendamment des variations de température du réservoir ou de l'atmosphère qui l'environne et indépendamment d'une perte de gaz modérée par diffusion à travers le tissu et par fuite.
Des avantages supplémentaires de la présente invention apparaîtront clairement dans la description détaillée qui suit.
Dans une forme d'exécution préférée de l'invention, il est prévu un réservoir à toit flottant muni d'un joint d'étan- chéité en tissu qui s'étend à partir de la jupe du toit jusqu'à la surface inférieure de la paroi du réservoir et qui est maintenu en place au moyen d'un tube flexible contenant un gaz tel que de l'air sous une pression déterminée, ensemble avec un dispositif pour maintenir la pression qui règne dans le tube indépendamment des variations de température locales ou d'autres donditions qui autrement peuvent affecter la pression et le rendement du disposi- tif d'étanchéité.
Un dispositif automatique est également prévu
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pour débiter le gaz nécessaire dans le dispositif d'étanchéité décrit plus haut et utilise les variations journalières de la tempé- rature atmosphérique pour débiter de l'air sous une pression suffi- sante pour satisfaire aux exigences normales d'un réservoir à gaz à pression constante. Le dispositif débitant le gaz comprend une chambre à volume constant munie d'un dispositif d'entrée et d'un dis. positif de sortie qui sont chacun équipés d'une valve de retenue appropriée, La valve d'entrée permet au gaz de pénétrer dans la chambre et la valve de sortie permet au gaz de sortir de cette cham- bre, les deux valves empêchant le gaz de s'écouler dans le sens in- verse à son sens d'écoulement normal dans chacune d'elles.
Le débit de la pompe thermique est introduit dans le réservoir à pression constante utilisé dans le joint d'étanchéité gonflé au gaz mention- né plus haut.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée donnée ci-après à titre d'exemple avec réfé- rence aux dessins annexés, dans leqquels:
La fig. 1 est une coupe verticale d'un réservoir de stockage de liquide cylindrique à fond plat comportant un toit flottant du type à flotteur et un dispositif d'étanchéité du type avec lequel l'invention est avantageusement utilisée ; la Fig. 2 est une vue semblable, à plus grande échelle, d'une partie de l'enveloppe du réservoir, du flotteur du toit et du dispositif d'étanchéité qui y est associé, le dispositif de commande de la pression étant placé dans sa position de travail normale; la Fig. 3 est une vue en plan d'une partie d'un toit flottant et représente le flotteur et le dispositif à pompe thermi-- que de la présente invention;
et, la Fig. 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la Fig. 3.
Les Figs. 1 et 2 représentent un réservoir cylindrique emportant un fond plat 10 et des parois latérales cylindriques verticales 11, dans lequel est placé un toit flottant 12 supporté
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par le liquide stocké. Dans ces figures., le toit flottant est du type à flotteur et comporte un plateau central 13 a et plusieurs flotteurs 13 disposés annulairement autour du plateau de manière à donner au toit une flottabilité qui persiste même lorsque de grandes quantités d'eau de pluie se sont accumulées sur sa surface.
Comme le montre clairement la Fig. 2, un tube annulaire 14 encercle complètement la jupe 15 du toit flottant et, lorsqu'il est gonflé, il prend appui contre la surface intérieure de l'enve- loppe 11 du réservoir. Une liaison 16 au tube 14 est prévue pour alimenter le tube de gaz sous pression.
Dans la forme d'exécution préférée représentée sur la Fig. 2, un petit réservoir à gaz 17 est placé à l'intérieur d'un des) flotteurs 13 et est raccordé par une conduite appropriée 18 à la liaison 16 alimentant le tube 14 de gaz. Ce petit réservoir à gaz est destiné au stockage d'une réserve de gaz sous une pression ap- propriée calculée pour absorber les variations de volume du gaz résultant d'une contraction et d'une dilatation thermiques.
Le petit réservoir à gaz 17 consiste essentiellement en une envelop-; pe 17a et un couvercle 19, l'enveloppe et le couvercle étant fixés de façon étanche l'un à l'autre par une membrane flexible 20. La mem brane 20 permet au couvercle de monter et de descendre dans des limites assez larges pour absorber les variations de volume du gaz stocké dans le petit réservoir 17. Le poids du couvercle 19 est choisi de façon à placer le gaz stocké dans le réservoir à gaz à la pression optimum désirée pour maintenir le tube 14 en un contact de glissement approprié avec l'enveloppe 11 du réservoir.
Une valve d'entrée appropriée 21 permet de remplacer le gaz contenu dans le petit réservoir à gaz et, dans la forme d'exé- ,cution préférée, cette valve 21 est actionnée mécaniquement de ma- j nière à s'ouvrir lorsque le toit 19 est situé près de sa position de travail inférieure.
Une valve de ventilation 22 est également pré- vue dans cette forme d'exécution et est raccordée au moyen d'une conduite appropriée 23 au petit réservoir à gaz 17 et à la liaison 16 et dans la forme d'exécution préférée, la valve de ventilation
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est munie d'un dispositif mécanique qui l'ouvre lorsquenle couvercle du petit réservoir à gaz approche de sa position complètement gonflée
Le dispositif automatique pour actionner la valve de distribution du gaz 21 et la valve de ventilation 22 peut être très simple et consiste simplement en des tiges verticales 21a et 22a qui s'étendent à partir du mécanisme de commande de la valve vers le bas jusqu'à un point de contact choisi avec un autre organe.
Dans le cas de la valve de distribution 21, la tige de commande verticale 21a est actionnée par contact avec le fond du petit réser- voir à gaz qui, dans cette forme d'exécution, est également le fond du flotteur dans lequel le petit réservoir à gaz est placé. Le dispo- sitif d'actionnement pour la valve de ventilation comprend une tige de commande verticale 22a placée de façon à être contactée par le couvercle 19 peu avant que le toit atteigne la limite supérieure de sa course. Quoique cette forme d'exécution soit la préférée, il est clair qu'il existe d'autres procédés pour réaliser une ouvertu- re et une fermeture automatiques de la valve de distribution du gaz et une fermeture et une ouverture automatiques de la valve de venti- lation.
En fait, ces valves peuvent être commandées à la, main plut8t qu'automatiquement quoique le sustème automatique soit préférable.
Le couvercle 19 du petit réservoir à:gaz 17 représenté sur la Fig. 2 est dans une position, dans les limites normales de sa course, à laquelle le réservoir contient une réserve de gaz suffi- sante pour maintenir la pression souhaitable pour un fonctionnement efficace. Dans cette position, la valve de distribution 21 et la valve de ventilation 22 sont fermées.
Dans cette forme d'exécution préférée, le petit réservoir à gaz maintient la pression de travail appropriée dans le tube 14 en dépit des tendances de la pression à augmenter ou à diminuer par suite de la " respiration " du réservoir de stockage causée par des facteurs tels que les variations de température journalières, les changements des conditions climatiques, l'étirage ou les autres va- riations dimensionnelles du tube, les pertes de gaz modérées par dif-
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fusion ou par fuite, et des facteurs analogues. La capacité du petit réservoir à gaz doit être au moins égale à la différence entre les volumes maximum et minimum occupés par le gaz contenu dans l'instal- lation.
A titre d'exemple du procédé d'utilisation de cette forme d'exécution préférée, on choisit un tube en tissu 14 impré- gné de caoutchouc synthétique de qualité et de dimensions telles que la gamme de pression de gonflage souhaitable pour le tube qui per- met de maintenir le tube à tous moments en contact de glissement avec la paroi 11 sans bloquer le toit en place et l'empêcher de glisser, soit 1 à 3 pouces d'eau (2,5 à 7;6 cm). On choisit un couvercle de réservoir à gaz ayant un poids total (y compris les accessoires) qui crée ce niveau de pression dans le petit réservoir à gaz.
On introduit ensuite une quantité de gaz suffisante dans le réservoir à gaz pour gonfler le tube à la pression désirée, qui peut être de l'ordre d'environ 2 pouces d'eau (5cm), eour créer une réserve de gaz dans le petit réservoir à un moment pendant le jour où la température moyenne de l'installation est par exemple 70 F (21 C). On peut s'attendre à ce que, lorsque le soleil s'est coùché et que l'installation a été refroidie pendant la nuit jusqu'à envi- ron 50 F (10 C) le volume du gaz dans l'installation à la pression établie so.it diminué dans une mesure substantielle, ce qui permet au couvercle de descendre vers sa position de travail inférieure.
Il ne faut cependant pas introduire du gaz supplémentaire dans l'in- stallation pour maintenir sa pression à moins que le volume n'ait été réduit dans une mesure telle que le couvercle 19 descende jus- qu'à sa position inférieure et actionne la valve de distribution 21. A mesure que le jour suivant s'écoule, la température peut aug- menter jusqu'à ce qu'au début de l'après-midi la température moyenne dans l'installation soit par exemple de 100 F (38 C) et à ce moment le gaz à la pression choisie s'est dilaté et a soulevé le couvercle 19 à un niveau beaucoup plus élevé sans augmenter la pression.
Si cette dilatation fait monter le couvercle jusqu'à sa position supé-
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rieure, la valve de ventilation 22 est automatiquement actionnée pour ventiler une quantité de gaz suffisante afin d'empêcher la pression de dépasser le niveau choisi.
Il ressort de l'exemple qui précède que les dimensions du petit réservoir à gaz doivent être choisies de manière à procu- rer une capacité de réserve de gaz suffisante pour absorber la va- riation de volume maximum du gaz à la pression choisie que l'on peut attendre des variations de température normales. Dans un exem- ple typique d'un réservoir à toit flottant ayant un diamètre de 120 pieds (36 m) destiné à être utilisé dans une zone tempérée où les variations de température journalières peuvent atteindre 50 F (28 C) la quantité de réserve de gaz à prévoir dans le réservoir est d'en- viron 31 pieds cubes (0,88 m3).
Des réservoirs à toit flottant ayant un diamètre inférieur ou destinés à être utilisés dans d'au- tres zones où les variations de température ne sont pas si élevées nécessitent une réserve de gaz proportionnellement moindre, tandis que des réservoirs plus importants ou des variations de température plus importantes nécessitent une réserve de gaz plus importante.
Le gaz qui est introduit par la valve d'entrée 21 peut provenir de l'une quelconque d'un certain nombre de sources avanta- geuses, comprenant un récipient à pression remplaçable, habituelle- ment appelé bonbonne de gaz ; récipient à pression habituellement appelé un récepteur d'air utilisé en combinaison avec un compres- seur pour maintenir la pression du gaz ; un récipient contenant un ' gaz liquéfié tel que du propane; une pompe à gaz consistant err un récipient clos muni de valves de retenue, d'entrée et de sortie qui tirent profit des variations de température dans le récipient (par exemple, le récipient peut être un ou plusieurs des intérieurs des flotteurs du toit flottant);
un compresseur électrique actionné au moyen d'interrupteurs de fin de course fonctionnant lorsque le toit du réservoir à gaz approche de sa position inférieure extrême; ou un compresseur entraîné par le déplacement vertical du toit cou- se par le remplissage et la vidange du réservoir de stockage.
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Le petit réservoir à gaz représenté dans les dessins est placé dans un flotteur d'un toit flottant du type à flotteur. Quoi- que cela constitue la forme d'exécution préférée, il est clair que le petit réservoir à gaz peut être placé n'importe où sur le toit flottant , ou peut être utilisé conjointement avec un toit flottant autre que le toit du type à flotteur, sans sortir du cadra de la présente invention.
L'utilisation d'un petit réservoir à gaz est préférable parce qu'elle permet à un toit flottant comportant un joint d'étan- chéité gonflé au gaz de fonctionner sans ennuis et sans entretien.
Une telle réalisation, fonctionnant presque entièrement d'elle-même et automatiquement ne nécessite pas l'attention constante d'un per- sonnel d'entretien qui autrement serait nécessaire si le petit ré- servoir à gaz, qui procure une ample réservede gaz à la pression dé- sirée, était omis. Lorsqu'on utilise un petit réservoir à gaz, le seul entretien requis est la vérification périodique des parties actives et la reconstitution de la réserve de gaz. Cependant, il est clair que puisque le petit réservoir à gaz de l'installation procure une réserve suffisante pour les variations journalières, les demandes de gaz sont si réduites qu'il ne faut vérifier la ré- serve de gaz qu'à des intervalles peu fréquents, par exemple une fois par mois.
Cette exemption d'entretien du toit est particulié- rement Importante aux points de rassemblement et de distribution où on n'utilise généralement pas de personnel d'entretien et de ré- paration.
Le dispositif à pompe à gaz thermique représenté en détail sur les Figs. 3 et 4 peut être utilisé pour créer la réserve de gaz nécessaire pour remplacer les pertes ordinaires du dispositif d'étanchéité . Lorsque ce dispositif à pompe à gaz est utilisé, le gaz provenant de la valve 21 ne doit être débité qu'en cas d'urgence de sorte que dans des conditions appropriées, on peut constater qu'Il est possible d'éliminer la valve 21.
Comme le montrent les Figs. 3 et 4, la pompe à gaz ther- mique comprend un récipient clos approprié 31, formé dans ce cas
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par des cloisons 32 et 33 et par la surface supérieure et la surfa- ce inférieure 34 et 36 du flotteur 13. Le récipient 31 est équipé d'une valve de retenue d'entrée 37 et d'une valve de retenue de sortie 38 permettant au gaz de pénétrer dans le récipient 31 et d'en sortir respectivement. Les valves de retenue représentées con- sistent en un boîtier 29 et 41 contenant une réserve de liquide 42 et 43, éventuellement de l'eau. Des dispositifs de commande appro- priés, non représentés, peuvent être utilisés pour maintenir un ni- veau de liquide constant.
Des conduites d'entrée 44 et 46 s'éten- dent sur une courte distance en dessous de la surface du liquide contenu dans les boîtiers des valves permettant à l'air de traverser chaque valve dans une direction uniquement, comme il apparaîtra clairement aux spécialistes en ces domaines. La conduite d'entrée 44 de la valve 39 est ouverte à l'atmosphère; la conduite de sortie 47 relie la valve au récipient 31. La conduite d'entrée 46 de la valve 41 communique avec le récipient 31 ; la conduite de sortie 48 de cette valve 41 communique avec le¯petit réservoir à gaz 17.
Le dispositif à pompe à gaz fonctionne de la façon sui- vante. On suppose comme état de départ un moment pendant la jour- née où la température ambiante est à son maximum. A mesure que le jour s'écoule et que la température commence à descendre, l'air emprisonné dans le récipient 31 se contracte, amenant la pression qui règne dans le récipient à tomber en dessous de la pression at- mosphérique. Par suite de cette différence de pression, de l'air provenant de l'atmosphère extérieure pénètre par la valve d'entrée 39 dans le récipient 31 pour établir un équilibre de pression. Ce processus se poursuit jusqu'à ce qu'on atteigne une température mi- nimum à un moment de la soirée après quoi la température commence à monter. La température montante oblige l'air emprisonné dans le ré- cipient 31 à se dilater augmentant ainsi la pression.
Pourvu que la pression qui règne dans le récipient 31 dépasse la pression qui règne dans le petit réservoir à gaz 17 plus la pression hydrostati- que exercée par le liquide contenu dans la valve 41, l'air sort du
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récipient 31 à travers la valve 41 et remplit le petit réservoir à gaz 17 d'une réserve d'air. Les variations de la température at- mosphérique journalière pompent ainsi l'air dans le dispositif d'étanchéité du réservoir pour remplacer les.pertes.
Le gaz qui peut être introduit à travers la valve d'entrée
21, si et lorsqu'il le faut, peut provenir de l'une quelconque d'un certain nombre de sources appropriées, comprenant un récipient à pression remplaçable, habituellement appelé bonhonne de gaz ; récipient à pression habituellement appelé récepteur d'air utilisé en combinaison avec un compresseur pour maintenir la pression de gaz ; un récipient contenant un gaz liquéfié tel que du propane; un compresseur électrique actionné par des interrupteurs de fin de course qui fonctionnent lorsque le toit du petit réservoir à gaz atteint sa position inférieure extrême, ou un compresseur actionné par le déplacement vertical du toit causé par le remplissage et la vidange du réservoir de stockage.
Le petit réservoir à gaz représenté dans les figures est logé dans un flotteur d'un toit flottant du type à flotteur. Quoique cela constitue une forme d'exécution préférée, il est clair que le petit réservoir à gaz peut être placé n'importe où sur le toit, ou peut être utilisé conjointement avec un toit flottant autre que le toit du type à flotteur, sans sortir du cadre de la présente inven- tion. De même, quoiqu'une section du flotteur ait été utilisée dans le dispositif de pompage à gaz thermique, il est clair qu'on peut utiliser n'importe quel qutre récipient clos de volume suffi- sant.
L'utilisation d'un petit réservoir à gaz et de la pompe à gaz thermique de la présente invention permet à un toit flottant comportant un joint d'étanchéité gonflé au gaz de fonctionner sans ennuis et sans entretien. Une telle réalisation, qui fonctionne presque entièrement d'elle-même et automatiquement ne nécessite pas l'attention constante d'un personnel d'entretien qui autrement serait requise. Lorsqu'on utilise un petit réservoir à gaz, le seul en-
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tretien requis est la vérification périodique des parties actives et la reconstitution de la réserve de gaz d'urgence. L'exemption d'entretien du toit est particulièrement importante aux points de rassemblement et aux points de distribution où on n'utilise généra- lement pas de personnel d'entretien et de réparation.
Quoique l'invention ait été décrite de façon détaillée dans la description qui précède donnée, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés, il est clair qu'elle n'y est en aucu- ne façon limitée mais que de nombreux changements et modifications peuvent y être apportés sans sortir de son cadre.
R E V E N D I C A T I ONN S
1.- Réservoir cylindrique pour le stockage d'un liquide volatil, caractérisé en ce qu'il comprend un toit flottant ayant un diamètre inférieur au diamètre intérieur du réservoir et flottant sur le liquide, un tube annulaire flexible imperméable placé entre le toit flottant et la surface intérieure du réservoir, un dispo- sitif de gonflage pour gonfler le tube de gaz, et un dispositif de réglage de la pression pourmaintenir dans le tube une pression de gaz située dans les limites d'une gamme prédéterminée, et un dispo- sitif de réglage de la pression comprenant un réservoir à pression constante et à volume variable en communication gazeuse. avec le tu- be, ce réservoir comportant un dispositif d'entrée qui l'alimente de gaz et un dispositif de sortie par lequel du gaz peut être évacué du réservoir.