EP2283272B1 - Fixation par collage de blocs isolants pour cuve de stockage de gaz liquefies a l'aide de cordons ondules - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a sealed and thermally insulated tank and its manufacturing process.
- the present invention relates to a tank for liquefied gas storage and, in particular, liquefied natural gas with a high methane content.
- Terrestrial tanks are also known for the storage of liquefied gas, also having two successive sealing barriers alternating with two layers of thermal insulation.
- the supporting structure is generally made of concrete.
- the primary and secondary insulating barriers consist of a succession of insulating blocks which are either closed parallelepiped boxes filled with a heat insulator, or consist of blocks of insulating foam bonded to a load-bearing panel.
- the material used to make the panels of boxes or load-bearing panels is generally plywood, for a question of cost and its insulating qualities.
- One of the disadvantages of plywood however is that it is anisotropic and that its mechanical properties are different depending on whether one exerts a stress in the direction or transversely to the fibers of its outer plies.
- the insulating blocks of the secondary barrier are fixed on the supporting structure, in the first case by assembling with studs taken in the supporting structure and in the second case simply glued, via their external panel, on said structure.
- the material used for bonding is generally an epoxy resin putty, which is deposited in the form of cords on the face of the insulating block placed opposite the carrier structure.
- the cords are arranged rectilinearly on the panels of the insulating blocks, parallel to each other.
- mastic cords have the function, besides that of maintaining the insulating block on the carrier structure, to compensate for the inevitable irregularities by adapting to the shape thereof.
- the insulating block is positioned on the supporting structure using known means so that the cords of mastic are compressed, before polymerization, against the support structure and perfectly fit its shape. We are sure to get a good quality collage. With curing, mastic cords harden and behave like perfectly rigid materials.
- the multiplicity of cords has, moreover, the disadvantage of significantly increase the cost of realization of the tank, because of the large amount of mastic necessary.
- the cords must on the one hand be of a section high enough to compensate for the irregularities of the supporting structure and, on the other hand, the total length of the cords, if they were put end to end, would reach several tens or even one hundred, kilometers for a medium-sized ship or medium-sized tank.
- the present invention aims to overcome these disadvantages by providing a less expensive method of bonding insulating blocks on the carrier structure using cords of mastic, while maintaining a good resistance of the panels of said insulating blocks to the compressive or tensile forces exerted on them, or even improving it.
- the distance between two consecutive wavy lines is greater than or equal to 100 mm.
- the wavy lines are sinusoids.
- the sinusoid has a ratio substantially equal to 8 between its period and its amplitude.
- the subject of the invention is also a sealed and thermally insulated earth tank integrated in a supporting structure, comprising a thermally insulating barrier comprising a plurality of insulating blocks, each insulating block comprising a plywood panel and containing or carrying thermally insulating material, said insulating blocks being fixed directly against the supporting structure by means of cords of mastic positioned on the panels of said insulating blocks along lines parallel to each other,
- the carrier structure 1 of a tank for the storage of liquefied gas is made of concrete.
- "land tank” means a vessel built on fixed foundations on the ground, whether it is the land surface, the shore or an underwater soil.
- the tank can be built above ground level, or be partially or completely buried.
- the primary insulating barrier 2, the secondary sealed barrier 6 and the secondary insulating barrier 4 are made using prefabricated panels assembled on the supporting structure 1.
- the primary insulating barrier 2 is completed by insulating elements 12 placed between the prefabricated panels.
- the secondary watertight barrier 6 is not represented on the figure 1 but its position is indicated by the bottom of the insulating elements 12.
- the side wall of the vessel also comprises, in a lower part, a primary watertight barrier, a primary insulating barrier, a secondary watertight barrier and a secondary insulating barrier, and in an upper part, a single barrier waterproof and a single insulating barrier.
- the side wall of the tank comprises over its entire height a primary waterproof barrier, a primary insulating barrier, a secondary sealed barrier and a secondary insulating barrier.
- an "insulating block 14" is an element of the secondary watertight barrier, which may comprise, according to the technique used, a layer of foam and a plywood panel (in the case of figures 1 and 3 ), a box filled with insulating material (case not shown). In both cases, the insulating block 14 comprises, at its face facing the supporting structure, a plywood panel.
- the insulating blocks 14 are fixed on the support structure using cords of putty 3. It can be seen on the figure 3 two cords of 3 corrugated putty.
- the figure 2 represents a tank according to the prior art, in which the caulk beads 3 are rectilinear. On the figure 2 , we used the same reference numbers as on the figure 3 to designate corresponding elements.
- FIG 4 we see a bottom view of a panel of an insulating block 14, on which cords of putty 3 have been placed, transversely to the largest dimension. Because of the method of construction of plywood panels, the folds are always in odd number and on the outer folds the wood fibers are oriented in the axis of the smallest dimension of the panel. This orientation is represented by the axis AA on the figure 4 .
- mastic cords are rectilinear and regularly spaced a length that varies depending on where the second insulating block corresponding to be placed in the tank, in other words according to the pressure to which it will be subjected.
- a spacing of 100 mm is generally retained between two consecutive cords on the same insulating block. In areas where the pressure to be supported will be lower (upper sidewall and ceiling sections) looser spacing is acceptable. The spacing generally retained is then 140 mm.
- the wood panels constituting the faces of the insulating blocks 14 are subjected in use to compressive forces due to the weight of the liquid contained in the tank.
- the invention solves this problem by replacing the rectilinear cords previously used by cords 3 having corrugations, which may, for example, be sinusoidal as shown by Figures 4 and 5 .
- Tests were carried out on panels which were equipped with sinusoidal cords, with various spacings, whose period L is 372 mm and the amplitude is 46.5 mm.
- the length of such a sinusoid which is characterized by a ratio L / a equal to 8, is 14% greater than that of the line segment of corresponding length L.
- the inter-flexural breaking strength and the delamination of the panels were evaluated and compared to those of panels equipped with rectilinear cords spaced 100 or 140 mm apart. We find the same bending rupture pressure with these sinusoidal cords, with a spacing between them greater than 35% that found with straight cords.
- the delamination resistance tests have shown that with such a sinusoidal shape (ratio L / a equal to 8) the delamination resistance is increased by 48% compared to straight cords also placed parallel to the plywood fibers. This means that a shortening of 35% of the length of putty deposited on the panel of a second insulating block is possible, without placing itself more unfavorably vis-à-vis the delamination with rectilinear cords.
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Abstract
Description
- La présente invention se rapporte à une cuve étanche et thermiquement isolée et à son procédé de fabrication. En particulier, la présente invention se rapporte à une cuve terrestre de stockage de gaz liquéfiés et, en particulier, de gaz naturel liquéfié à forte teneur en méthane.
- Dans les documents
FR 2 265 603 FR 2 798 902 FR 2 683786 FR 2 691 520 FR 2 724623 - On connaît également des cuves terrestres pour le stockage de gaz liquéfié, présentant également deux barrières d'étanchéité successives alternées avec deux couches d'isolation thermique. Dans le cas des cuves terrestres, la structure porteuse est généralement réalisée en béton.
- Dans ces réalisations, les barrières isolantes primaire et secondaire sont constituées par une succession de blocs isolants qui, soit sont des caissons parallélépipédiques fermés remplis d'un calorifuge, soit sont constitués de blocs de mousse isolante collés sur un panneau porteur. Le matériau utilisé pour réaliser les panneaux des caissons ou les panneaux porteurs est généralement du bois contreplaqué, pour une question de coût de revient et pour ses qualités isolantes. L'un des inconvénients du contreplaqué est cependant qu'il est anisotrope et que ses propriétés mécaniques sont différentes selon que l'on exerce une sollicitation dans le sens ou bien transversalement aux fibres de ses plis extérieurs.
- Les blocs isolants de la barrière secondaire sont fixés sur la structure porteuse, dans le premier cas par assemblage à l'aide de goujons pris dans la structure porteuse et dans le second cas tout simplement collés, par l'intermédiaire de leur panneau externe, sur ladite structure. Dans ce cas le matériau utilisé pour le collage est généralement un mastic en résine époxy, qui est déposé sous forme de cordons sur la face du bloc isolant placée en regard de la structure porteuse. Dans l'art antérieur les cordons sont disposés de façon rectiligne sur les panneaux des blocs isolants, parallèlement les uns aux autres.
- Ces cordons de mastic ont pour fonction, outre celui de maintien du bloc isolant sur la structure porteuse, d'en compenser les inévitables irrégularités en s'adaptant à la forme de celle-ci. Lors du montage le bloc isolant est positionné sur la structure porteuse à l'aide de moyens connus de telle façon que les cordons de mastic soient comprimés, avant polymérisation, contre la structure porteuse et épousent ainsi parfaitement sa forme. On est alors certain d'obtenir un collage de bonne qualité. Avec la polymérisation les cordons de mastic durcissent et se comportent ensuite comme des matériaux parfaitement rigides.
- Les efforts en provenance de l'intérieur de la cuve étant transmis à la structure porteuse par l'intermédiaire des panneaux des blocs isolants, il est nécessaire que ceux-ci résistent aux pressions et aux tractions qui leur sont appliquées sans rupture de la structure du bois contreplaqué. Il est donc nécessaire de ne pas trop éloigner les cordons de mastic les uns des autres et d'éviter ainsi que des efforts soient appliqués sur le bois à une distance trop grande d'un cordon.
- La multiplicité des cordons a, par ailleurs, pour inconvénient d'augmenter sensiblement le coût de réalisation de la cuve, du fait de la grande quantité de mastic nécessaire. Les cordons doivent d'une part être d'une section assez élevée pour compenser les irrégularités de la structure porteuse et, d'autre part, la longueur totale des cordons, s'ils étaient mis bout à bout, atteindrait plusieurs dizaines, voire une centaine, de kilomètres pour un navire ou une cuve terrestre de taille moyenne.
- La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé moins onéreux de collage des blocs isolants sur la structure porteuse à l'aide de cordons de mastic, tout en conservant une bonne résistance des panneaux desdits blocs isolants aux efforts de compression ou de traction qui s'exercent sur eux, voire en améliorant celle-ci.
- A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de collage de blocs isolants sur une structure porteuse d'une cuve terrestre, à l'aide de cordons de mastic, pour la réalisation d'une cuve terrestre étanche et thermiquement isolée pour le stockage de gaz liquéfiés sur terre, ladite cuve comprenant une barrière thermiquement isolante comportant une pluralité de blocs isolants, chaque bloc isolant comportant un panneau de contreplaqué et contenant ou portant du matériau thermiquement isolant, ledit procédé comprenant
- a) la pose de cordons de mastic sur le panneau desdits blocs isolants ou sur la structure porteuse, le long de lignes parallèles entre elles,
- b) le positionnement desdits blocs isolants contre la structure porteuse de la cuve et
- c) leur mise en pression contre ladite structure porteuse jusqu'à polymérisation dudit mastic,
- Avantageusement, la distance entre deux lignes ondulées consécutives est supérieure ou égale à 100 mm.
- De façon préférentielle, les lignes ondulées sont des sinusoïdes.
- Avantageusement, la sinusoïde présente un rapport sensiblement égal à 8 entre sa période et son amplitude.
- L'invention a également pour objet une cuve terrestre étanche et thermiquement isolée intégrée dans une structure porteuse, comprenant une barrière thermiquement isolante comportant une pluralité de blocs isolants, chaque bloc isolant comportant un panneau de contreplaqué et contenant ou portant du matériau thermiquement isolant, lesdits blocs isolants étant fixés directement contre la structure porteuse au moyen de cordons de mastic positionnés sur les panneaux desdits blocs isolants le long de lignes parallèles entre elles,
- caractérisé en ce que sur le panneau d'au moins un desdits blocs isolants, au moins deux desdits cordons sont disposés le long de lignes parallèles ondulées.
- L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemples purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés.
- Sur ces dessins :
- la
figure 1 est une vue en coupe d'une cuve selon un mode de réalisation de l'invention ; - la
figure 2 est une vue en perspective représentant les différentes couches d'une cuve de l'art antérieur ; - la
figure 3 est une vue similaire à lafigure 2 , représentant le cas de la cuve de lafigure 1 , - la
figure 4 est une vue de dessous d'un bloc isolant secondaire de la cuve de lafigure 1 ; - la
figure 5 est une vue d'un détail de la réalisation d'un cordon de mastic de la cuve de lafigure 1 . - En se référant à la
figure 1 , on voit la structure porteuse 1 d'une cuve terrestre pour le stockage de gaz liquéfié. La structure porteuse 1 est réalisée en béton. Dans le cadre de la présente description, « cuve terrestre » désigne une cuve bâtie sur des fondations fixes au sol, qu'il s'agisse du sol terrestre, de la rive ou d'un sol sous-marin. La cuve peut être construite au-dessus du niveau du sol, ou être partiellement ou totalement enterrée. - En se référant à la
figure 3 , la paroi de fond de la cuve présente successivement, depuis l'intérieur de la cuve vers la structure porteuse 1 : - une barrière étanche primaire 7, réalisée en tôle métallique ondulée,
- une barrière isolante primaire 2, comprenant un panneau 8 en contreplaqué et une couche de mousse 9,
- une barrière étanche secondaire 6, réalisée en triplex,
- une barrière isolante secondaire, comprenant un panneau 11 en contreplaqué et une couche de mousse 10.
- Selon un technique connue, notamment des documents cités en introduction, la barrière isolante primaire 2, la barrière étanche secondaire 6 et la barrière isolante secondaire 4 sont réalisées à l'aide de panneaux préfabriqués assemblés sur la structure porteuse 1. Comme le montre la
figure 1 , la barrière isolante primaire 2 est complétée par des éléments isolants 12 placés entre les panneaux préfabriqués. La barrière étanche secondaire 6 n'est pas représentée sur lafigure 1 , mais sa position est indiquée par le fond des éléments isolants 12. - Comme le montre la
figure 1 , dans l'exemple représenté, la paroi latérale de la cuve comprend également, dans une partie inférieure, une barrière étanche primaire, une barrière isolante primaire, une barrière étanche secondaire et une barrière isolante secondaire, et dans une partie supérieure, une unique barrière étanche et une unique barrière isolante. Dans une variante non représentée, la paroi latérale de la cuve comprend sur toute sa hauteur une barrière étanche primaire, une barrière isolante primaire, une barrière étanche secondaire et une barrière isolante secondaire. - On peut également réaliser une cuve terrestre selon une autre technique connue, dans laquelle les barrières isolantes sont réalisées à l'aide de caissons remplis de matériau isolant.
- Dans la suite de la description, on appelle « bloc isolant 14 » un élément de la barrière étanche secondaire, qui peut comprendre, selon la technique utilisée, soit une couche de mousse et un panneau en contreplaqué (cas des
figures 1 et3 ), soit un caisson rempli de matériau isolant (cas non représenté). Dans les deux cas, le bloc isolant 14 comprend, au niveau de sa face tournée vers la structure porteuse, un panneau en contreplaqué. - Les blocs isolants 14 sont fixés sur la structure porteuse à l'aide de cordons de mastic 3. On peut voir sur la
figure 3 deux cordons de mastic 3 ondulés. A titre de comparaison, lafigure 2 représente une cuve selon l'art antérieur, dans laquelle les cordons de mastic 3 sont rectilignes. Sur lafigure 2 , on a utilisé les mêmes numéros de référence que sur lafigure 3 pour désigner des éléments correspondants. - En se référant à la
figure 4 , on voit une vue de dessous d'un panneau d'un bloc isolant 14, sur lequel ont été disposés des cordons de mastic 3, transversalement à la plus grande dimension. Du fait de la méthode de construction des panneaux de contreplaqué, les plis sont toujours en nombre impair et sur les plis extérieurs les fibres du bois sont orientées dans l'axe de la plus petite dimension du panneau. Cette orientation est représentée par l'axe A-A sur lafigure 4 . - En se référant à la
figure 5 , on voit un détail de la forme d'un cordon de mastic 3, pour lequel la forme ondulée présentée est une forme sinusoïdale, de période "L" et d'amplitude "a". - On va maintenant décrire le gain apporté par l'invention par rapport à l'art antérieur.
- Dans les réalisations antérieures les cordons de mastic sont rectilignes et espacés régulièrement d'une longueur qui varie selon l'endroit où le second bloc isolant correspondant sera placé dans la cuve, autrement dit selon la pression à laquelle il sera soumis. Pour les parois en fond de cuve (sol et parties basses des parois latérales) il est nécessaire de rapprocher les cordons de mastic pour éviter la rupture du bois entre deux cordons. On retient généralement un espacement de 100 mm entre deux cordons consécutifs sur un même bloc isolant. Dans les zones où la pression à supporter sera plus faible (parties hautes des parois latérales et plafond) un espacement plus lâche est acceptable. L'espacement généralement retenu est alors de 140 mm.
- Les panneaux de bois constituant les faces des blocs isolants 14 sont soumis en utilisation à des efforts de compression du fait du poids du liquide contenu dans la cuve.
- Les points faibles d'un panneau de bois contreplaqué sont de deux types :
- en compression il peut se rompre par flexion le long d'une ligne parallèle aux cordons puisque la face inférieure, qui est soumise à une pression uniformément répartie n'est supportée que par les arêtes linéaires que constituent les cordons, avec un espacement non supporté entre eux. Cette fragilité est encore accentuée lorsque les cordons sont orientés dans le même sens que les fibres du pli extérieur du contreplaqué (cf.
fig. 4 ), ce qui est fréquemment le cas dans la pratique. Les chantiers constructeurs de navires de transport de gaz liquéfié sont en effet amenés à manipuler les blocs isolants équipés de leurs cordons de mastic et notamment à les retourner pour remettre la face inférieure en dessous après l'opération de dépose du mastic. Cette manoeuvre se déroule de façon plus sûre si les cordons de mastic restent dans un même plan lors de cette rotation, autrement dit s'ils sont mis dans le sens de la plus petite dimension de la face inférieure. Cette orientation est justement, par construction du contreplaqué, le sens des fibres du pli extérieur. - en traction le bois d'un panneau de contreplaqué peut se délaminer, une partie du bois du pli extérieur restant attachée au cordon de mastic, le reste s'en séparant, laissant alors le bloc isolant se détacher de la coque interne.
- Ces faiblesses du contreplaqué empêchent de trop espacer les cordons de mastic et ainsi de réduire le volume de mastic employé pour réaliser l'isolation d'une cuve.
- L'invention résout ce problème en remplaçant les cordons rectilignes employés auparavant par des cordons 3 présentant des ondulations, qui peuvent, par exemple, être sinusoïdales comme le montrent les
figures 4 et 5 . - Des essais ont été effectués sur des panneaux qui ont été équipés de cordons sinusoïdaux, présentant des espacements divers, dont la période L est de 372 mm et l'amplitude a de 46,5 mm. La longueur d'une telle sinusoïde, qui se caractérise par un rapport L/a égal à 8, est supérieure de 14% à celle du segment de droite de longueur L correspondant.
- La résistance à la rupture par flexion inter cordons et au délaminage des panneaux a été évaluée et comparée à celle de panneaux équipés de cordons rectilignes espacés de 100 ou de 140 mm. On ne retrouve la même pression de rupture par flexion avec ces cordons sinusoïdaux, qu'avec un espacement entre eux supérieur de 35 % à celui constaté avec des cordons rectilignes.
- De même les essais de résistance au délaminage ont montré qu'avec une telle forme sinusoïdale (rapport L/a égal à 8) la résistance au délaminage est augmentée de 48% par rapport à des cordons droits placés eux aussi parallèlement aux fibres du contreplaqué. Cela signifie qu'un raccourcissement de 35% de la longueur de mastic déposée sur le panneau d'un second bloc isolant est possible, sans se placer de façon plus défavorable vis-à-vis du délaminage qu'avec des cordons rectilignes.
- Au global l'utilisation de cordons sinusoïdaux de rapport L/a égal à 8 permet une économie de 18% sur la quantité de mastic nécessaire par rapport à des cordons rectilignes, tout en conservant la même tenue à la rupture en flexion et en obtenant même une meilleure résistance au délaminage.
- Il est évident que d'autres sinusoïdes peuvent être sélectionnées, avec des rapports L/a différents de 8, ou bien des formes périodiques alternées quelconques (chevrons, carrés, ...) La quantité de mastic nécessaire sera plus ou moins grande selon la forme de ces lignes ondulées. Il conviendra toutefois d'adapter l'écartement entre les lignes pour que soit conservée une résistance suffisante à la rupture en flexion avec la forme ondulée retenue.
Claims (8)
- Procédé de collage de blocs isolants sur une structure porteuse d'une cuve terrestre, à l'aide de cordons (3) de mastic, pour la réalisation d'une cuve terrestre étanche et thermiquement isolée pour le stockage de gaz liquéfiés sur terre, ladite cuve comprenant une barrière thermiquement isolante comportant une pluralité de blocs isolants (14), chaque bloc isolant comportant un panneau de contreplaqué et contenant ou portant du matériau thermiquement isolant, ledit procédé comprenanta) la pose de cordons (3) de mastic sur le panneau desdits blocs isolants (14) ou sur la structure porteuse, le long de lignes parallèles entre elles,b) le positionnement desdits blocs isolants (14) contre la structure porteuse de la cuve (1) etc) leur mise en pression contre ladite structure porteuse jusqu'à polymérisation dudit mastic,caractérisé en ce que, entre le panneau d'au moins un desdits blocs isolants (14) et la structure porteuse, au moins deux desdits cordons (3) sont disposés le long de lignes parallèles ondulées.
- Procédé de collage selon la revendication 1, dans lequel la distance entre deux ligies ondulées consécutives est supérieure ou égale à 100 mm.
- Procédé de collage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les lignes ondulées sont des sinusoïdes.
- Procédé de collage selon la revendication 3, dans lequel la sinusoïde présente un rapport sensiblement égal à 8 entre sa période et son amplitude.
- Cuve terrestre étanche et thermiquement isolée intégrée dans une structure porteuse (1), comprenant une barrière thermiquement isolante comportant une pluralité de blocs isolants (14), chaque bloc isolant comportant un panneau de contreplaqué et contenant ou portant du matériau thermiquement isolant, lesdits blocs isolants (14) étant fixés directement contre la structure porteuse (1) au moyen de cordons (3) de mastic positionnés sur les panneaux desdits blocs isolants le long de lignes parallèles entre elles,
caractérisé en ce que sur le panneau d'au moins un desdits blocs isolants (14), au moins deux desdits cordons (3) sont disposés le long de lignes parallèles ondulées. - Cuve étanche et thermiquement isolante selon la revendication 5, dans laquelle la distance entre deux lignes parallèles ondulées consécutives est supérieure ou égale à 100 mm.
- Cuve étanche et thermiquement isolante selon l'une des revendications 5 ou 6, dans laquelle les lignes ondulées sont des sinusoïdes.
- Cuve étanche et thermiquement isolante selon la revendication 7, dans laquelle la sinusoïde présente un rapport sensiblement égal à 8 entre sa période et son amplitude.
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