EP2880356B1 - Paroi de cuve etanche et thermiquement isolante comportant des elements porteurs espaces - Google Patents

Paroi de cuve etanche et thermiquement isolante comportant des elements porteurs espaces Download PDF

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EP2880356B1
EP2880356B1 EP13756578.4A EP13756578A EP2880356B1 EP 2880356 B1 EP2880356 B1 EP 2880356B1 EP 13756578 A EP13756578 A EP 13756578A EP 2880356 B1 EP2880356 B1 EP 2880356B1
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pillars
tank
primary
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Florent OUVRARD
Rémi BALLAIS
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Gaztransport et Technigaz SA
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Definitions

  • the invention relates to the field of manufacturing sealed and thermally insulating vessels.
  • the present invention relates to tanks for the storage or transport of cold or hot liquids, for example tanks for the storage and / or transport of liquefied gas by sea.
  • LNG liquefied natural gas
  • a tank for storing hot or cold products in a ship is described in particular in the document FR2877638 .
  • the vessel has a vessel wall which has, from the interior to the outside of the vessel, a primary watertight barrier, a primary insulating barrier, a secondary watertight barrier and a secondary insulating barrier.
  • Insulating barriers consist of heat-insulating elements.
  • the heat insulating elements include a thermal insulation lining between a bottom panel and a cover panel. Pillars pass through the insulation liner between the cover panel and the bottom panel to form a heat insulating member having good compressive strength.
  • the document FR2527544 discloses a sealed and thermally insulating tank as in the preamble of claim 1.
  • One of the carrier elements or a subset of the carrier elements, in particular the non-edge bearing elements, or each carrier element of the plurality of carrier elements of the primary heat-insulating element is spaced relative to the elements Underlying carriers of the secondary heat insulating element in a projection view in a plane parallel to the vessel wall. At least one carrier element of the plurality of carrier elements of the primary heat insulating element is not superimposed on the underlying load-bearing elements of the secondary heat-insulating element in a projection view in a plane parallel to the vessel wall.
  • such a tank may comprise one or more of the following characteristics.
  • each carrier element of the plurality of carrier elements of the primary heat insulating element is positioned outside of the characteristic perimeters surrounding the underlying load-bearing elements of the secondary thermal insulation element.
  • the support elements are pillars of small section in the plane parallel to the vessel wall with respect to the dimensions of the heat insulating element.
  • the heat-insulating elements have a parallelepipedal shape and the characteristic perimeter surrounding a supporting element is of rectangular shape, the perimeter comprising a first side parallel to a length direction of the heat-insulating element, and a second side parallel to a width direction of the heat insulating element, the dimension of the first side of the perimeter being greater than or equal to twice a first characteristic dimension of the section of the pillar in the length direction of the heat insulating element and the dimension of the second side of the perimeter being greater than or equal to twice a second characteristic dimension of the section of the pillar in the width direction of the heat insulating element.
  • the pillars have a rectangular section, and the perimeter has a rectangular shape centered on the rectangular section, the long sides of the perimeter being parallel to the long sides of the rectangular section, the dimensions of the perimeter being equal to double the dimensions of the rectangular section.
  • the perimeters have a circular shape and are each centered on a pillar, the radius of the perimeter being equal to a diameter characteristic of the section of the pillar.
  • the pillars of a heat-insulating element are arranged in rows of pillars parallel to one side of the heat-insulating element, a row of pillars of the primary thermal insulation barrier being each time positioned in said view. projection halfway between two rows of pillars of the secondary thermal insulation barrier.
  • a carrier element of the primary thermal insulation barrier is each time arranged in said projection view at a position located midway between two adjacent supporting elements of the secondary thermal insulation barrier.
  • the primary heat insulating element comprises a bottom panel extending parallel to the vessel wall and carrying the supporting elements of the primary heat insulating element.
  • the secondary heat insulating element comprises a bottom panel extending parallel to the vessel wall and carrying the load-bearing elements of the secondary heat-insulating element.
  • the secondary heat-insulating element comprises a cover panel extending parallel to the vessel wall and carried by the supporting elements of the secondary heat-insulating element, the cover panel having an outer surface forming the surface of the secondary support.
  • the beams of the plurality of beams of the primary heat insulating element are perpendicular to the beams of the plurality of beams of the secondary heat insulating element.
  • a primary heat-insulating element and a secondary heat-insulating element have a parallelepipedal shape
  • the primary heat-insulating element comprises primary anchoring pillars each arranged at a corner of the primary heat-insulating element
  • the secondary heat insulating element comprising secondary anchoring pillars each arranged at a corner of the secondary heat insulating element, the primary anchoring pillars and the secondary anchoring pillars being superimposed.
  • the vessel wall further comprises a secondary sealing barrier resting on the secondary support surface of the secondary thermal insulation barrier.
  • the vessel wall further comprises a secondary sealing barrier resting on the secondary support surface of the secondary thermal insulation barrier.
  • Such a tank can be part of a land storage facility, for example to store LNG or be installed in a floating structure, coastal or deep water, including a LNG tank, a floating storage and regasification unit (FSRU) , a floating production and remote storage unit (FPSO) and others.
  • FSRU floating storage and regasification unit
  • FPSO floating production and remote storage unit
  • a vessel for the transport of a cold liquid product comprises a double hull and a aforementioned tank disposed in the double hull.
  • the invention also provides a method of loading or unloading such a vessel, in which a cold liquid product is conveyed through isolated pipes from or to a floating or land storage facility to or from the vessel vessel.
  • the invention also provides a transfer system for a cold liquid product, the system comprising the abovementioned vessel, insulated pipes arranged to connect the vessel installed in the hull of the vessel to a floating storage facility. or terrestrial and a pump for driving a flow of cold liquid product through the insulated pipelines from or to the floating or land storage facility to or from the vessel vessel.
  • An idea underlying the invention is to provide a vessel wall in which is arranged a primary heat insulating element comprising load-bearing elements on a secondary heat-insulating element also having load-bearing elements, so that the elements carrying the heat-insulating element. primary element are not superimposed on the supporting elements of the secondary thermal insulation element. In this way, a rigid upper panel of the primary box can be deformed to distribute a load on neighboring pillars.
  • Certain aspects of the invention start from the idea of deforming panels of the heat-insulating elements in order to elastically absorb a load, in particular to preserve the strength of the load-bearing elements subjected to dynamic loading, for example during the sloshing of the fluid in the tank. .
  • Some aspects of the invention start from the idea of providing a heat insulating element having a good compromise between the thermomechanical performances, in particular during dynamic stresses, and the cost of implementation.
  • the figure 1 represents watertight and insulating walls of a tank integrated in a carrying structure of a ship.
  • the bearing structure of the tank is constituted by the inner hull of a double-hulled vessel, whose wall is represented by the number 1.
  • a tank wall is arranged each time on a wall 1 of the supporting structure.
  • Each tank wall is made by successive superposition of a secondary thermal insulation layer 2, a secondary sealed barrier 3, a primary thermal insulation layer 4 and a primary sealed barrier 5.
  • the primary insulation layer 4 and the secondary insulation layer 2 are formed of a plurality of parallelepiped heat insulating boxes 6 and 7 juxtaposed in a regular pattern.
  • the secondary heat insulating caissons 6 and the primary heat insulating caissons 7 thus form a substantially flat surface which carries respectively the secondary watertight barrier 3 and the primary watertight barrier 5.
  • the secondary insulating boxes 6 and the primary insulating boxes 7 are anchored to the supporting wall 1 by means of anchoring members 8 and 9.
  • the anchoring members 8 of the secondary thermal insulation layer 2 are fixed to the load-bearing wall 1 by means of studs 10 welded perpendicularly to the load-bearing wall 1.
  • anchoring members 8 and 9 are positioned at the corners of the boxes 6 and 7.
  • an anchoring member 8 or 9 located at a corner box can maintain four boxes 6 or 7 adjacent.
  • Other anchoring members 8 and 9 are arranged in a central zone of the boxes 6 and 7.
  • the secondary sealed barrier 3 and the primary sealed barrier 5 consist of parallel invar strakes 11. These invar strakes 11 are arranged alternately with elongated welding supports 13, also in invar and have edges 12 which are raised towards the inside of the tank.
  • each solder support 13 is in the form of a folded invar strip to have an L-shaped section.
  • the weld supports 13 are retained in the underlying insulation layer 2 or 4 by being slidably housed. in inverted T-shaped grooves 15 formed in cover panels 14 of boxes 6 and 7.
  • a portion of the L-shaped strip protrudes from the T-groove towards the inside of the tank and perpendicularly to the load-bearing wall 1.
  • the raised edges 12 of the invar strakes 11 are welded along the projecting portion of the weld supports 13.
  • FIGS. 2 to 4 illustrate the structure of a box 16 which can be implemented in such a tank wall.
  • the casing 16 comprises a bottom panel 17 on which distribution flanges 18 are fixed.
  • a row of pillars 19 or 23 is supported and is fixed each time on a corresponding distribution flange 18.
  • the pillars 20 of each row of pillars 19 or 23 extend according to the thickness of the box 16 and therefore in a direction perpendicular to the supporting wall 1.
  • the pillars 20 have a solid rectangular section.
  • Each row of pillars 19 or 23 is parallel with respect to a lateral side 21 of the casing 16.
  • the rows of pillars carry a reinforced cover panel 22.
  • the pillars 20 allow in particular the transmission of the stresses exerted on the cover panel 22 to the wall 1 and therefore have a compressive strength function.
  • the rows of pillars 19 and 23 are successive shifted relative to each other. Indeed, the pillars 20 of the two successive rows 19 and 23 comprise pillars 20 spaced at the same regular spacing, however, the two rows of pillars 19 and 23 are offset in the direction of their length by half a spacing.
  • a heat-insulating lining fills the space between the pillars 20 and may for example consist of an insulating foam cast between the pillars 20 or a block of foam machined to fit the pillars 20.
  • the reinforced cover panel 22 has an upper panel 24 and a lower panel 25 each having a thickness of 6.5 cm.
  • the upper panel 24 and the lower panel 25 are spaced apart by a series of parallel beams 26.
  • the beams 26 extend parallel to the lateral side 21 of the box 16.
  • a beam 26 is each time positioned along and above a row of pillars 19 or 23.
  • the beams 26 have a rectangular section and a thickness of 6.5cm.
  • the beams 26 and the panels 24 and 25 are rigidly connected.
  • Such a reinforced cover partly allows to distribute a load exerted on the cover on several pillars, thanks to its rigidity.
  • Each beam 26 is spaced from the other beams 26 so as to define a space between two beams 26 and between the panels 24 and 25. These spaces form circulation channels for the fluids between the sides of the heat insulating element.
  • the juxtaposition of insulating casings 16 thus makes it possible to form a circuit in the wall of the tank in which it is possible to inject a neutral gas to neutralize the wall of the tank and thus avoid any risk of explosion in case of leakage in the presence oxygen. Moreover, such a gas circuit makes it possible to detect leakage in the impervious barriers 3 and 5.
  • a porous heat-insulating lining may be put in place in the circulation channels.
  • FIGS. 3 and 4 illustrate the behavior of the box when it is placed on a rigid surface, each of Figures 3 and 4 representing a charge of different intensity.
  • the figure 3 schematically represents side box 16 when subjected to a small point load 27 to the right of a central pillar 28, the base of the pillars 20 being fixed.
  • the reinforced cover panel 22 is deformed little. Most of the effort 29 corresponding to the load is taken up by the central pillar 28. A small part of the load 30 exerted in line with the central pillar 28 is taken up by the adjacent adjacent pillars 31 relative to the position where it is located. 27. In fact, the rigidity of the reinforced cover 22 and the central pillar prevents the deformation of the cover 22. Thus, little effort (indicated by the arrows 30) are taken up by the adjacent pillars 31.
  • the figure 4 illustrates this same box when a larger load 32 is applied to the right of the central pillar 28.
  • the central pillar 28 is subjected to high stresses resulting in particular its stress in flexion. These high stresses cause a slight collapse of the central pillar 28 and therefore a slight deformation of the reinforced cover panel 22.
  • This slight deformation of the reinforced cover panel 22 allows better distribution of the load on the adjacent pillars 31 relative to the load.
  • the pillar 28 having a high rigidity its sag remains relatively low.
  • the deformation of the panel 22 is of low amplitude and the load is therefore poorly distributed on the adjacent pillars 31.
  • excessive stresses exerted on the central pillar 28 can cause the rupture of this pillar 28.
  • the pillars 20 are arranged in such a way as to allow them to sag more significantly.
  • the pillars of the primary caissons 7 are not superimposed on the pillars of secondary caissons 6.
  • the advantage of such an arrangement of the pillars of the primary thermal insulation layer and the secondary thermal insulation layer will be better understood with reference to Figures 5 and 6 .
  • FIG 5 diagrammatically illustrates from the side of the caissons forming the primary insulation layer 4 and the secondary insulation layer 2 of the tank wall of the figure 1 .
  • a box 16 constitutes a primary heat insulating box 7 of the primary thermal barrier 4 and the secondary insulation layer comprises a secondary heat insulating box 6 which has a different structure of the box 16.
  • the subwoofer 6 comprises a bottom panel 33, a top panel 34 and a heat insulating pad 35 arranged between the top panel 34 and the bottom panel 33.
  • scales of pillars 36 The pillar ladders 36 are each formed of a row of secondary pillars 37 attached at their ends between an upper batten 38 and a lower batten 39 each extending along the row of pillars 37. in the same way as the pillars 20 of the caisson 16, the pillar ladders 36 make it possible to take back part of the compressive forces undergone by the tank wall.
  • the primary box 7 is positioned in abutment on the secondary box 6 so that a row of pillars 19 or 23 is each time positioned halfway between two ladders of pillars 36.
  • a primary pillar 40 here is positioned each time between two secondary pillars 37.
  • a point load 41 is represented on the figure 5 .
  • This point load 41 is exerted on a central pillar 28 of the primary box.
  • the central pillar is positioned between two ladders of pillars 36 of the secondary box, the bottom panel 17 and the top panel 33 collapse under the stress exerted by the central pillar 28.
  • This elastic deformation is illustrated by the lines 42 and 43 respectively illustrating the deformation of the top panel 34 and the bottom panel 17.
  • the central pillar 28 is positioned on a flexible surface, which allows it to lower.
  • the lines 44 illustrate the deformation of the upper panel 24 and the lower panel 25, each of which has an arrow facing the supporting wall 1 at the central pillar 28. This deformation makes it possible to better distribute the load on the lateral pillars as indicated. by the arrows 45.
  • the figure 6 illustrates the same tank wall and allows to highlight another advantage of such an arrangement of primary and secondary pillars.
  • the figure 6 illustrates the vessel wall when subjected to a load 46 distributed over several pillars.
  • a load 46 distributed over several pillars.
  • Such a charge can occur for example in the case of the sloshing of the fluid in the tank.
  • Such a jolt results in a mass of fluid that hits a wall of the tank.
  • the bottom panel 17 of the primary box 7 and the top panel of the secondary box 6 are deformed elastically under the stress exerted by the primary pillars 40 and the support formed by the secondary pillars 37. These deformations are illustrated by the lines 47.
  • These panels 17 and 33 therefore have portions located between each scale of pillars and having an arrow oriented towards the supporting wall.
  • the primary pillars 40 located above these arrows approach the supporting wall.
  • the reinforced cover panel 22 deforms elastically similarly to panels 17 and 33 as shown by lines 48.
  • this arrangement of the pillars makes it possible to avoid the punching of the component parts of the caissons by the pillars 40 and 37, in particular distribution flanges 18 and panels.
  • this elastic deformation makes it possible to avoid the rupture of the pillars 40 and 37 when the cell wall undergoes significant dynamic stresses.
  • the boxes 6 and 7 thus play a role of "mattress" damping the loads exerted on the tank wall.
  • the position of the pillars 40 and 140 is represented on the figure 8 .
  • the figure 8 is a partial projection seen from above of the primary pillars 40 and the secondary pillars 140 on a plane parallel to the tank wall. Only nine pillars 40 and 140 adjacent are represented here, which corresponds to a portion of the pillars of the caissons 6 and 7 of the figure 7 .
  • a primary pillar 40 is each time present between four adjacent secondary pillars 140. More specifically, a secondary pillar 140 is positioned midway between two primary pillars 40 of the same row of pillars.
  • the orientation of the rows of pillars 19 and 23 is different between the two boxes 6 and 7. Indeed the rows of pillars 19 and 23 of the primary boxes 7 are perpendicular to the rows of pillars 19 and 23 of the secondary boxes 6 This orientation is particularly visible thanks to the distribution sole plates 18 and 118 which are perpendicular. Similarly, the beams 26 and 126 are perpendicular.
  • corner pillars 49 are each present at a corner of the caissons 16. These corner pillars 49 have a section trapezoidal. Thus, when four caissons 16 are juxtaposed in one corner, the corner pillars 49 form a chimney allowing the mounting of an anchoring member, in particular couplers, extending along the adjacent pillars 49 and resting on a plate 51 to hold the caisson 16 anchored against the carrier wall 1.
  • the boxes are superimposed so that the corner pillars 49 are superimposed to ensure a certain rigidity to receive the stresses exerted by the anchoring members.
  • the positioning of the pillars in the primary box 7 and the positioning of the pillars in the secondary box 6 are different so that they are spaced when the boxes 6 and 7 are superimposed.
  • the pillars of a first level of boxes for example of the primary insulating layer
  • the secondary insulating layer should preferably be located outside of a non-overlap zone 52 of the secondary pillars 140.
  • a non-overlapping zone 52 is represented in FIG. figure 8 .
  • the zone is defined, in the projection along the plane parallel to the vessel wall, by a rectangular perimeter 53 extending around the secondary pillar 140.
  • figure 9a represents a pillar of triangular section 54.
  • a circumscribed circle of the triangular section 54 is illustrated.
  • the perimeter 55 forming the non-overlapping zone consists of a circle centered on the center of gravity of the triangular section 54 and whose radius is equal to the diameter of the circumscribed circle of the triangular section.
  • the Figure 9c has a similar circular perimeter corresponding to a pillar of circular section 56. Similarly to the perimeter 55, a circular perimeter 57 delimits the non-overlap area.
  • the circular perimeter 57 has a radius equal to the diameter of the section 56 of the pillar and is concentric with respect to the pillar.
  • the figure 9b has a rectangular section pillar 58.
  • the non-overlapping zone is formed by a rectangular perimeter 59 whose long sides are parallel to the long sides of the rectangular section 58.
  • the rectangular perimeter 59 is centered on the rectangular section 58 of the pillar and has dimensions that are twice the dimensions C1 and C2 of the rectangular section 58.
  • the figure 9d illustrates a rectangular non-overlapping area.
  • This non-overlapping zone corresponds to a pillar having a section of any shape 60.
  • the width D4 corresponds to the dimension of the section along a direction of length 62 of the box comprising the pillar and the length D3 corresponds to the width of the pillar according to a direction of width 63 of the box.
  • the rectangle forming the perimeter 61 of the non-overlap zone has dimensions corresponding to twice the lengths D4 and D3 and is centered on the center of the section, the center corresponding to the middle of the dimensions D4 and D3 taken on the section of the pillar.
  • the pillars may be hollow to increase their thermal resistance and may also be filled with an insulating material.
  • the pillars may have an H. section.
  • the pillars may be obtained for example using thermoplastic or thermosetting materials, optionally reinforced with fibers or may be made of wood or plywood.
  • the distribution of the beams 26 with respect to the pillars may be different.
  • the beams 26 are not necessarily positioned at the right rows of pillars 19 and 23 but can be arranged between the rows of pillars 19 and 23.
  • the pillars of the boxes may be replaced by spacer plates.
  • spacer plates Such boxes are described in particular in the document FR2798902A1 .
  • a spacer plate of the primary insulating layer is each time positioned between two spacer plates of the secondary insulating layer so that they do not overlap.
  • a secondary insulating barrier may comprise two layers of heat insulating boxes.
  • the arrangement of the pillars can also be realized so that two directly superimposed heat insulating boxes do not have a pillar overlay.
  • the box described above can be manufactured in various ways. For example in a first method of manufacturing the box 16, the bottom panel 17, the slats 18 and the pillars 20 are assembled by stapling. The heat insulation is then inserted or injected between the pillars. The lower panel 25 is stapled to the pillars 20 in a manual or automated process, and then the beams 26 are stapled to the panel lower 25. A possible porous insulating lining is inserted between the beams 26, and the upper panel 24 is finally stapled on the beams 26.
  • the fixing of the pillars, panels and spacers between the lower and upper panels can be achieved by screws. However, it is also possible to make their connection by gluing, stapling or nailing.
  • the panels, beams and pillars can be made of plywood or solid wood, for example birch, beech or fir. These elements can also be made of bamboo, composite material, plastic or metal.
  • any type of heat seal 35 can be used to make the boxes described above.
  • a liner 35 may for example consist of a block of machined foam, or a foam cast between the pillars.
  • a foam may be reinforced or not using for example fiberglass and may be in particular a polyurethane foam.
  • the lining may consist of a nanoscale porosity material of airgel type. Aerogels can be packaged in different forms, for example in the form of powder, beads, nonwoven fibers, fabric, etc.
  • the reinforced cover panels presented above can be replaced by reinforced cover panels with different architecture.
  • the reinforced cover panels can be replaced by reinforced cover panels described in the French patent application filed under the number 1255316 .
  • the reinforced cover panel can also be replaced by a simple rigid cover or consisting of two plates which are superimposed directly.
  • the panel of the primary box bearing on the primary pillars may have a thickness between 12 and 80mm.
  • the tanks described above can be used in various types of installations such as land installations or in a floating structure such as a LNG tank or other.
  • a cutaway view of a LNG tanker 70 shows a sealed and insulated tank 71 of generally prismatic shape mounted in the double hull 72 of the ship.
  • the wall of the tank 71 comprises a primary sealed barrier intended to be in contact with the LNG contained in the tank, a secondary sealed barrier arranged between the primary waterproof barrier and the double hull of the vessel, and two thermally insulating barriers arranged respectively between the primary watertight barrier and secondary watertight barrier, and between secondary watertight barrier and double hull 72.
  • loading / unloading lines arranged on the upper deck of the ship can be connected, by means of appropriate connectors, to a marine or port terminal to transfer a cargo of LNG from or to the tank 71.
  • the figure 10 represents an example of a marine terminal comprising a loading and unloading station 75, an underwater pipe 76 and an onshore installation 77.
  • the loading and unloading station 75 is an off-shore fixed installation comprising a movable arm 74 and a tower 78 which supports the movable arm 74.
  • the movable arm 74 carries a bundle of insulated flexible pipes 79 that can connect to the loading / unloading pipes 73.
  • the movable arm 74 can be adapted to all gauges LNG carriers.
  • a connection pipe (not shown) extends inside the tower 78.
  • the loading and unloading station 75 enables the loading and unloading of the LNG tank 70 from or to the shore facility 77.
  • the underwater line 76 allows the transfer of the liquefied gas between the loading or unloading station 75 and the installation on land 77 over a large distance, for example 5 km, which keeps the LNG tanker 70 at a great distance from the coast during the loading and unloading operations.
  • pumps on board the ship 70 and / or pumps equipping the shore installation 77 and / or pumps equipping the loading and unloading station 75 are used.

Landscapes

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Description

  • L'invention se rapporte au domaine de la fabrication de cuves étanches et thermiquement isolantes. En particulier, la présente invention se rapporte à des cuves destinées au stockage ou au transport de liquides froids ou chauds, par exemple des cuves pour le stockage et/ou le transport de gaz liquéfié par voie maritime.
  • Des cuves étanches et thermiquement isolantes peuvent être utilisées dans différentes industries pour stocker des produits chauds ou froids. Par exemple, dans le domaine de l'énergie, le gaz naturel liquéfié (GNL) est un liquide qui peut être stocké à pression atmosphérique à environ -163°C dans des cuves de stockage terrestres ou dans des cuves embarquées dans des structures flottantes.
  • Une cuve pour stocker des produits chauds ou froids dans un navire est notamment décrite dans le document FR2877638 . La cuve comporte une paroi de cuve qui présente, depuis l'intérieur vers l'extérieur de la cuve, une barrière étanche primaire, une barrière isolante primaire, une barrière étanche secondaire et une barrière isolante secondaire. Les barrières isolantes sont constituées d'éléments calorifuges. Les éléments calorifuges comportent une garniture d'isolation thermique entre un panneau de fond et un panneau de couvercle. Des piliers traversent la garniture d'isolation entre le panneau de couvercle et le panneau de fond afin de former un élément calorifuge présentant une bonne résistance à la compression.
  • Le document FR2527544 décrit une cuve étanche et thermiquement isolante telle que selon le préambule de la revendication 1.
  • Selon un mode de réalisation, une paroi de cuve comporte depuis l'extérieur de la cuve vers l'intérieur de la cuve:
    • une paroi porteuse,
    • une barrière d'isolation thermique secondaire retenue sur la paroi porteuse, la barrière d'isolation thermique étant constituée d'une pluralité d'éléments calorifuges
    • secondaires juxtaposés de manière à former une surface de support secondaire,
    • une barrière d'isolation thermique primaire retenue sur la barrière d'isolation thermique secondaire, la barrière d'isolation thermique primaire étant constituée d'une pluralité d'éléments calorifuges primaires juxtaposés de manière à former une surface de support primaire,
    • une barrière d'étanchéité en appui sur la surface de support primaire, chaque élément calorifuge primaire et chaque élément calorifuge secondaire comportant :
      • une garniture calorifuge,
      • une pluralité d'éléments porteurs traversant la garniture calorifuge perpendiculairement à la paroi de cuve et
      • un panneau parallèle à la paroi de cuve agencé à une extrémité des éléments porteurs de l'élément calorifuge de manière à former une paroi extérieure de l'élément calorifuge,
    dans laquelle au moins un parmi le panneau de l'élément calorifuge primaire et le panneau de l'élément calorifuge secondaire est agencé entre les éléments porteurs de la barrière d'isolation primaire et les éléments porteurs de la barrière d'isolation secondaire.
  • L'un des éléments porteurs ou un sous-ensemble des éléments porteurs, notamment les éléments porteurs qui ne sont pas sur les bords, ou chaque élément porteur de la pluralité d'éléments porteurs de l'élément calorifuge primaire est espacé par rapport aux éléments porteurs sous-jacents de l'élément calorifuge secondaire dans une vue en projection dans un plan parallèle à la paroi de cuve. Au moins un élément porteur de la pluralité d'éléments porteurs de l'élément calorifuge primaire ne se superpose pas aux éléments porteurs sous-jacents de l'élément calorifuge secondaire dans une vue en projection dans un plan parallèle à la paroi de cuve.
  • Selon des modes de réalisation, une telle cuve peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.
  • Selon des modes de réalisation, chaque élément porteur de la pluralité d'éléments porteurs de l'élément calorifuge primaire est positionné en dehors de périmètres caractéristiques entourant les éléments porteurs sous-jacents de l'élément calorifuge secondaire.
  • Selon des modes de réalisation, les éléments porteurs sont des piliers de petite section dans le plan parallèle à la paroi de cuve par rapport aux dimensions de l'élément calorifuge.
  • Selon des modes de réalisation, les éléments calorifuges présentent une forme parallélépipédique et le périmètre caractéristique entourant un élément porteur est de forme rectangulaire, le périmètre comportant un premier coté parallèle à une direction de longueur de l'élément calorifuge, et un deuxième coté parallèle à une direction de largeur de l'élément calorifuge,
    la dimension du premier côté du périmètre étant supérieure ou égale au double d'une première dimension caractéristique de la section du pilier selon la direction de longueur de l'élément calorifuge et
    la dimension du deuxième côté du périmètre étant supérieure ou égale au double d'une deuxième dimension caractéristique de la section du pilier selon la direction de largeur de l'élément calorifuge.
  • Selon des modes de réalisation, les piliers présentent une section de forme rectangulaire, et le périmètre présente une forme rectangulaire centrée sur la section rectangulaire, les longs côtés du périmètre étant parallèles aux longs côtés de la section rectangulaire, les dimensions du périmètre étant égales au double des dimensions de la section rectangulaire.
  • Selon des modes de réalisation, les périmètres présentent une forme circulaire et sont centrés chacun sur un pilier, le rayon du périmètre étant égal à un diamètre caractéristique de la section du pilier.
  • Selon des modes de réalisation, les piliers d'un élément calorifuge sont agencés en rangées de piliers parallèles à un côté de l'élément calorifuge, une rangée de piliers de la barrière d'isolation thermique primaire étant à chaque fois positionnée dans ladite vue en projection à mi chemin entre deux rangées de piliers de la barrière d'isolation thermique secondaire.
  • Selon des modes de réalisation, un élément porteur de la barrière d'isolation thermique primaire est à chaque fois agencé dans ladite vue en projection en une position située à mi chemin entre deux éléments porteurs adjacents de la barrière d'isolation thermique secondaire.
  • Selon des modes de réalisation, l'élément calorifuge primaire comporte un panneau de fond s'étendant parallèlement à la paroi de cuve et portant les éléments porteurs de l'élément calorifuge primaire.
  • Selon des modes de réalisation, l'élément calorifuge secondaire comporte un panneau de fond s'étendant parallèlement à la paroi de cuve et portant les éléments porteurs de l'élément calorifuge secondaire.
  • Selon des modes de réalisation, l'élément calorifuge secondaire comporte un panneau de couvercle s'étendant parallèlement à la paroi de cuve et porté par les éléments porteurs de l'élément calorifuge secondaire, le panneau de couvercle comportant une surface extérieure formant la surface de support secondaire.
  • Selon des modes de réalisation, le panneau de couvercle de l'élément calorifuge secondaire comporte :
    • un panneau de répartition fixé sur les éléments porteurs et en appui sur les éléments porteurs,
    • un élément d'espacement en appui et fixé sur le panneau de répartition, l'élément d'espacement comportant une pluralité de poutres espacées les unes des autres et s'étendant parallèlement au panneau de répartition,
    • un panneau supérieur parallèle au panneau de répartition, fixé et supporté par la pluralité de poutres.
  • Selon des modes de réalisation, l'élément calorifuge primaire comporte un panneau de couvercle s'étendant parallèlement à la paroi de cuve et porté par les piliers, le panneau de couvercle comportant :
    • un panneau de répartition fixé sur les éléments porteurs et en appui sur les éléments porteurs,
    • un élément d'espacement en appui et fixé sur le panneau de répartition, l'élément d'espacement comportant une pluralité de poutres espacées les unes des autres et s'étendant parallèlement au panneau de répartition,
    • un panneau supérieur parallèle au panneau de répartition, fixé et supporté par la pluralité de poutres, le panneau supérieur comportant une surface extérieure formant la surface de support primaire.
  • Selon des modes de réalisation, les poutres de la pluralité de poutre de l'élément calorifuge primaire sont perpendiculaires aux poutres de la pluralité de poutres de l'élément calorifuge secondaire.
  • Selon des modes de réalisation, un élément calorifuge primaire et un élément calorifuge secondaire présentent une forme parallélépipédique, et l'élément calorifuge primaire comporte des piliers d'ancrage primaires chacun agencé au niveau d'un coin de l'élément calorifuge primaire, l'élément calorifuge secondaire comportant des piliers d'ancrage secondaires chacun agencé au niveau d'un coin de l'élément calorifuge secondaire, les piliers d'ancrage primaires et les piliers d'ancrage secondaires étant superposés.
  • Selon des modes de réalisation, la paroi de cuve comporte en outre une barrière d'étanchéité secondaire en appui sur la surface de support secondaire de la barrière d'isolation thermique secondaire
  • Selon des modes de réalisation, la paroi de cuve comporte en outre une barrière d'étanchéité secondaire en appui sur la surface de support secondaire de la barrière d'isolation thermique secondaire.
  • Une telle cuve peut faire partie d'une installation de stockage terrestre, par exemple pour stocker du GNL ou être installée dans une structure flottante, côtière ou en eau profonde, notamment un navire méthanier, une unité flottante de stockage et de regazéification (FSRU), une unité flottante de production et de stockage déporté (FPSO) et autres.
  • Selon un mode de réalisation, un navire pour le transport d'un produit liquide froid comporte une double coque et une cuve précitée disposée dans la double coque.
  • Selon un mode de réalisation, l'invention fournit aussi un procédé de chargement ou déchargement d'un tel navire, dans lequel on achemine un produit liquide froid à travers des canalisations isolées depuis ou vers une installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.
  • Selon un mode de réalisation, l'invention fournit aussi un système de transfert pour un produit liquide froid, le système comportant le navire précité, des canalisations isolées agencées de manière à relier la cuve installée dans la coque du navire à une installation de stockage flottante ou terrestre et une pompe pour entraîner un flux de produit liquide froid à travers les canalisations isolées depuis ou vers l'installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.
  • Une idée à la base de l'invention est de fournir une paroi de cuve dans laquelle on agence un élément calorifuge primaire comportant des éléments porteurs sur un élément calorifuge secondaire comportant lui aussi des éléments porteurs, de manière que les éléments porteurs l'élément calorifuge primaire ne se superposent pas aux éléments porteurs de l'élément calorifuge secondaire. De cette manière, un panneau rigide supérieur du caisson primaire peut se déformer afin de répartir une charge sur des piliers voisins.
  • Certains aspects de l'invention partent de l'idée de déformer des panneaux des éléments calorifuges afin d'absorber élastiquement une charge, notamment pour préserver la tenue des éléments porteurs soumis à des chargements dynamiques, par exemple lors du ballotement du fluide dans la cuve.
  • Certains aspects de l'invention partent de l'idée de fournir un élément calorifuge présentant un bon compromis entre les performances thermomécaniques, notamment lors de sollicitations dynamiques, et le coût de mise en oeuvre.
  • L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés.
  • Sur ces dessins :
    • La figure 1 est une vue partielle en perspective écorchée d'une paroi de cuve étanche et thermiquement isolante dans laquelle des éléments calorifuges selon des modes de réalisation de l'invention peuvent être employés.
    • La figure 2 est une représentation schématique en perspective écorchée d'un élément calorifuge qui peut être inclus dans la paroi de cuve de la figure 1 et qui comporte des piliers.
    • La figure 3 est une vue schématique de côté de l'élément calorifuge de la figure 2 lorsque celui-ci est soumis à un faible chargement.
    • La figure 4 est une vue schématique de côté de l'élément calorifuge de la figure 2 lorsque celui-ci est soumis à un fort chargement.
    • La figure 5 est une représentation schématique de côté des éléments calorifuges présentés de la figure 2 lorsque la paroi de cuve est soumise à une charge locale.
    • La figure 6 est une représentation schématique de côté des éléments calorifuges présentés dans la figure 2 lorsque la paroi de cuve est soumise à une charge étendue.
    • La figure 7 est une vue en perspective d'éléments calorifuges de la figure 2 superposés pour former une barrière thermiquement isolante primaire et une barrière thermiquement isolante secondaire de la paroi de cuve illustrée sur la figure 1.
    • La figure 8 est une représentation schématique de la position des piliers de la barrière thermiquement isolante primaire et de la barrière thermiquement isolante secondaire selon une projection dans un plan parallèle à la paroi de cuve.
    • Les figures 9a à 9c sont des vues de dessus de piliers présentant des sections géométriquement différentes, et qui illustre des zones de non recouvrement s'étendant autour de piliers.
    • La figure 10 est une représentation schématique écorchée d'une cuve de navire méthanier et d'un terminal de chargement/déchargement de cette cuve.
  • La figure 1 représente des parois étanches et isolantes d'une cuve intégrée dans une structure porteuse d'un navire.
  • La structure porteuse de la cuve est ici constituée par la coque interne d'un navire à double coque, dont on a représenté la paroi par le chiffre 1.
  • Une paroi de cuve est agencée à chaque fois sur une paroi 1 de la structure porteuse. Chaque paroi de cuve est réalisée par superposition successivement d'une couche d'isolation thermique secondaire 2, d'une barrière étanche secondaire 3, d'une couche d'isolation thermique primaire 4 et d'une barrière étanche primaire 5.
  • La couche d'isolation primaire 4 et la couche d'isolation secondaire 2 sont formées d'une pluralité de caissons calorifuges parallélépipédiques 6 et 7 juxtaposés selon un motif régulier. Les caissons calorifuge secondaires 6 et les caissons calorifuges primaires 7 forment ainsi une surface sensiblement plane qui porte respectivement la barrière étanche secondaire 3 et la barrière étanche primaire 5.
  • Les caissons isolants secondaires 6 et les caissons isolants primaires 7 sont ancrés à la paroi porteuse 1 par l'intermédiaire d'organes d'ancrage 8 et 9. En particulier, les organes d'ancrage 8 de la couche d'isolation thermique secondaire 2 sont fixés à la paroi porteuse 1 par l'intermédiaire de goujons 10 soudés perpendiculairement à la paroi porteuse 1. Comme on peut l'observer sur la figure 1, des organes d'ancrage 8 et 9 sont positionnés au niveau des coins des caissons 6 et 7. Ainsi, un organe d'ancrage 8 ou 9 situé au niveau d'un coin de caisson peut maintenir quatre caissons 6 ou 7 adjacents. D'autres organes d'ancrage 8 et 9 sont agencés dans une zone centrale des caissons 6 et 7.
  • La barrière étanche secondaire 3 et la barrière étanche primaire 5 sont constituées de virures en invar 11 parallèles. Ces virures en invar 11 sont disposées alternativement avec des supports de soudure 13 allongés, également en invar et comportent des bords 12 qui sont relevés vers l'intérieur de la cuve.
  • En particulier, chaque support de soudure 13 présente la forme d'une bande en invar pliée pour présenter une section en L. Les supports de soudure 13 sont retenus à la couche d'isolation 2 ou 4 sous-jacente en étant logés de manière coulissante dans des rainures en forme de T inversé 15 ménagées dans des panneaux de couvercle 14 des caissons 6 et 7. Ainsi, une portion de la bande en L s'étend en saillie de la rainure en T vers l'intérieur de la cuve et perpendiculairement à la paroi porteuse 1. Les bords relevés 12 des virures en invar 11 sont soudés le long de la portion en saillie des supports de soudures 13.
  • Les figures 2 à 4 illustrent la structure d'un caisson 16 qui peut être mis en oeuvre dans une telle paroi de cuve.
  • Le caisson 16 comporte un panneau de fond 17 sur lequel sont fixées des semelles de répartition 18. Une rangée de piliers 19 ou 23 s'appuie et est fixée à chaque fois sur une semelle de répartition 18 correspondante. En particuliers, les piliers 20 de chaque rangée de pilier 19 ou 23 s'étendent selon l'épaisseur du caisson 16 et donc selon une direction perpendiculaire à la paroi porteuse 1. Les piliers 20 présentent une section pleine rectangulaire. Chaque rangée de piliers 19 ou 23 est parallèle par rapport à un côté latéral 21 du caisson 16. Les rangées de piliers portent un panneau de couvercle renforcé 22. Les piliers 20 permettent notamment la transmission des contraintes exercées sur le panneau de couvercle 22 à la paroi 1 et ont donc une fonction de résistance à la compression.
  • Les rangées de piliers 19 et 23 successives sont décalées les unes par rapport aux autres. En effet, les piliers 20 des deux rangées successives 19 et 23 comportent des piliers 20 espacés selon un même espacement régulier, toutefois, les deux rangées de piliers 19 et 23 sont décalées dans le sens de leur longueur d'un demi-espacement.
  • Une garniture calorifuge, non représentée, remplit l'espace entre les piliers 20 et peut par exemple être constituée d'une mousse isolante coulée entre les piliers 20 ou un bloc de mousse usiné pour s'adapter aux piliers 20.
  • Le panneau de couvercle renforcé 22 comporte un panneau supérieur 24 et un panneau inférieur 25 chacun présentant une épaisseur de 6,5cm. Le panneau supérieur 24 et le panneau inférieur 25 sont espacés par une série de poutres pleines 26 parallèles. En particulier, les poutres 26 s'étendent parallèlement au côté latéral 21 du caisson 16. Une poutre 26 est à chaque fois positionnée le long et au dessus d'une rangée de piliers 19 ou 23. Les poutres 26 présentent une section rectangulaire et une épaisseur de 6,5cm. Les poutres 26 et les panneaux 24 et 25 sont liés rigidement. Un tel couvercle renforcé permet en partie de répartir une charge exercée sur le couvercle sur plusieurs piliers, grâce à sa rigidité.
  • Chaque poutre 26 est espacée des autres poutres 26 de manière à délimiter un espace entre deux poutres 26 et entre les panneaux 24 et 25. Ces espaces forment des canaux de circulation pour les fluides entre les côtés de l'élément calorifuge. La juxtaposition de caissons calorifuges 16 permet ainsi de former un circuit dans la paroi de la cuve dans lequel il est possible d'injecter un gaz neutre pour neutraliser la paroi de la cuve et ainsi éviter tout risque d'explosion en cas de fuite en présence d'oxygène. Par ailleurs, un tel circuit gaz permet la détection de fuite dans les barrières étanches 3 et 5. Pour améliorer les capacités de résistance thermique du caisson isolant 16, une garniture calorifuge poreuse peut être mise en place dans les canaux de circulation.
  • Les figures 3 et 4, illustrent le comportement du caisson lorsqu'il est posé sur une surface rigide, chacune des figures 3 et 4 représentant une charge d'intensité différente.
  • La figure 3 représente schématiquement de côté le caisson 16 lorsqu'il est soumis à une faible charge ponctuelle 27 au droit d'un pilier central 28, la base des piliers 20 étant fixe.
  • On remarque que dans ce cas le panneau de couvercle renforcé 22 se déforme peu. La majeure partie de l'effort 29 correspondant à la charge est repris par le pilier central 28. Une petite partie de la charge 30 exercée au droit du pilier central 28 est reprise par les piliers adjacents 31 voisins par rapport à la position où s'exerce l'effort 27. En effet, la rigidité du couvercle renforcé 22 et du pilier central empêche la déformation du couvercle 22. Ainsi, peu d'efforts (indiqués par les flèches 30) sont repris par les piliers adjacents 31.
  • La figure 4 illustre ce même caisson lorsqu'une charge plus importante 32 est appliquée au droit du pilier central 28. Dans ce cas, le pilier central 28 est soumis à de fortes contraintes entrainant notamment sa sollicitation en flexion. Ces fortes contraintes provoquent un léger affaissement du pilier central 28 et donc une légère déformation du panneau de couvercle renforcé 22. Cette légère déformation du panneau de couvercle renforcé 22 permet de mieux répartir la charge sur les piliers adjacents 31 par rapport à la charge. Toutefois, le pilier 28 présentant une rigidité importante, son affaissement reste relativement faible. Ainsi, la déformation du panneau 22 est de faible amplitude et la charge est donc faiblement répartie sur les piliers adjacents 31. De plus, des contraintes trop importantes exercées sur le pilier central 28 peuvent provoquer la rupture de ce pilier 28.
  • Afin d'améliorer la répartition de la charge au sein de la paroi de cuve présenté dans la figure 1, on agence les piliers 20 de manière à permettre leur affaissement de manière plus significative. En particulier, les piliers des caissons primaires 7 ne sont pas superposés aux piliers de caissons secondaires 6. L'avantage d'une telle disposition des piliers de la couche d'isolation thermique primaire et de la couche d'isolation thermique secondaire sera mieux compris en se référant aux figures 5 et 6.
  • Un tel agencement est notamment présenté dans la figure 5 qui illustre schématiquement de côté des caissons formant la couche d'isolation primaire 4 et la couche d'isolation secondaire 2 de la paroi de cuve de la figure 1.
  • En particulier, on remarque qu'un caisson 16 constitue un caisson calorifuge primaire 7 de la barrière thermique primaire 4 et que la couche d'isolation secondaire comporte un caisson calorifuge secondaire 6 qui présente une structure différente du caisson 16.
  • En effet, le caisson secondaire 6 comporte un panneau de dessous 33, un panneau de dessus 34 et une garniture calorifuge 35 agencée entre le panneau de dessus 34 et le panneau de dessous 33. Sur la figure, on voit que des échelles de piliers 36 traversent la garniture calorifuge 35. Les échelles de piliers 36 sont formées chacune d'une rangée de piliers secondaires 37 attachés en leurs extrémités entre une latte supérieure 38 et une latte inférieure 39 s'étendant chacune le long de la rangée de piliers 37. De la même manière que les piliers 20 du caisson 16, les échelles de piliers 36 permettent de reprendre une partie des efforts de compression subits par la paroi de cuve.
  • On remarque que le caisson primaire 7 est positionné en appui sur le caisson secondaire 6 de manière qu'une rangée de piliers 19 ou 23 est à chaque fois positionnée à mi-chemin de deux échelles de piliers 36. En particulier, un pilier primaire 40 est ici positionné à chaque fois entre deux piliers secondaires 37.
  • Une telle disposition favorise une meilleure répartition de la charge exercée sur les piliers. En effet, de manière analogue aux figures 3 et 4, une charge ponctuelle 41 est représentée sur la figure 5. Cette charge ponctuelle 41 est exercée sur un pilier central 28 du caisson primaire. Comme le pilier central est positionné entre deux échelles de piliers 36 du caisson secondaire, le panneau de fond 17 et le panneau de dessus 33 s'affaissent sous la contrainte exercée par le pilier central 28. Cette déformation élastique est illustrée par les lignes 42 et 43 illustrant respectivement la déformation du panneau de dessus 34 et du panneau de fond 17. Ainsi, le pilier central 28 est positionné sur une surface souple, ce qui lui permet de s'abaisser. Ce déplacement permet la déformation élastique du panneau de couvercle renforcé 22 qui génère ainsi un effort sur les piliers voisins. Les lignes 44 illustrent la déformation du panneau supérieur 24 et du panneau inférieur 25 qui présentent ainsi chacun une flèche orientée vers la paroi porteuse 1 au niveau du pilier central 28. Cette déformation permet de mieux répartir la charge sur les piliers latéraux comme cela est indiqué par les flèches 45.
  • La figure 6 illustre la même paroi de cuve et permet de mettre en évidence un autre avantage d'une telle disposition des piliers primaires et secondaires.
  • En effet, la figure 6 illustre la paroi de cuve lorsqu'elle est soumise à une charge 46 répartie sur plusieurs piliers. Une telle charge peut intervenir par exemple dans le cas du ballotement du fluide dans la cuve. Un tel ballotement se traduit par une masse de fluide qui vient heurter une paroi de la cuve.
  • Dans ce cas, similairement à la figure 5, le panneau de fond 17 du caisson primaire 7 et le panneau de dessus du caisson secondaire 6 se déforment élastiquement sous la contrainte exercée par les piliers primaires 40 et l'appui formé par les piliers secondaires 37. Ces déformations sont illustrées par les lignes 47. Ces panneaux 17 et 33 présentent donc des portions situées entre chaque échelle de piliers et présentant une flèche orientée vers la paroi porteuse. Les piliers primaires 40 situés au dessus de ces flèches s'approchent de la paroi porteuse. Ainsi, le panneau de couvercle renforcé 22 se déforme de manière élastique similairement aux panneaux 17 et 33 comme cela est représenté par les lignes 48.
  • Ces déformations élastiques des caissons primaires 7 et des caissons secondaires 6 permettent ainsi de reprendre élastiquement une partie de l'énergie issue des chocs subits par la paroi de cuve, par exemple suite au ballottement ou la chute d'un élément lourd dans la cuve. Cette énergie est ensuite restituée après le choc, à la manière d'un amortisseur.
  • Par ailleurs, cet agencement des piliers permet d'éviter le poinçonnement des pièces composant les caissons par les piliers 40 et 37, notamment des semelles de répartition 18 et des panneaux. De plus cette déformation élastique permet d'éviter la rupture des piliers 40 et 37 lorsque la paroi de cuve subit des contraintes dynamiques importantes. Ainsi, avec un tel agencement des piliers primaires 40 et des piliers secondaires 37, les caissons 6 et 7 jouent ainsi un rôle de « matelas » amortissant les charges exercées sur la paroi de cuve.
  • Un autre mode de réalisation de la paroi de cuve va maintenant être présenté en référence à la figure 7.
  • Dans cette figure, seul un caisson 7 de la couche isolante primaire 4 et un caisson 6 de la couche isolante secondaire 2 sont représentés. On remarque que les deux couches isolantes 2 et 4 sont constituées de caissons 16. Les caissons 16 sont superposés de manière décalée. Ainsi, les piliers primaires 40 et les piliers secondaires 140 ne sont pas superposés.
  • La position des piliers 40 et 140 est représentée sur la figure 8. En effet, la figure 8 est une projection partielle vue de dessus des piliers primaires 40 et des piliers secondaires 140 sur un plan parallèle à la paroi de cuve. Seuls neuf piliers 40 et 140 adjacents sont ici représentés, ce qui correspond à une partie des piliers des caissons 6 et 7 de la figure 7.
  • Un pilier primaire 40 est à chaque fois présent entre quatre piliers secondaires 140 adjacents. Plus précisément, un pilier secondaire 140 est positionné à mi chemin entre deux piliers primaire 40 d'une même rangée de piliers.
  • En revenant à la figure 7, on remarque que l'orientation des rangées de piliers 19 et 23 est différente entre les deux caissons 6 et 7. En effet les rangées de piliers 19 et 23 des caissons primaires 7 sont perpendiculaires aux rangées de piliers 19 et 23 des caissons secondaires 6. Cette orientation est notamment visible grâce aux semelles de répartition 18 et 118 qui sont perpendiculaires. De manière analogue, les poutres 26 et 126 sont perpendiculaires.
  • Par ailleurs, on peut voir les rainures en forme de T inversé 15 destinées à recevoir les supports de soudure 13. Par ailleurs, des encoches (non représentées) sont réalisées dans le panneau de fond 17 et éventuellement dans les semelles de répartition 18 et les piliers 20. Ces encoches permettent de recevoir les supports de soudure 13 et les bords relevés de la barrière étanche secondaire 3. Des piliers de coin 49 sont présents chacun au niveau d'un coin des caissons 16. Ces piliers de coin 49 présentent une section trapézoïdale. Ainsi, lorsque quatre caissons 16 sont juxtaposés en un coin, les piliers de coins 49 forment une cheminée permettant le montage d'un organe d'ancrage, notamment des coupleurs, s'étendant le long des piliers 49 adjacents et s'appuyant sur un plat 51 pour maintenir le caisson 16 ancré contre la paroi porteuse 1.
  • Toutefois, dans d'autre mode de réalisation, les caissons sont superposés pour que les piliers de coins 49 soient superposés afin de garantir une certaine rigidité pour recevoir les contraintes exercées par les organes d'ancrage. Dans ces autres modes de réalisation, le positionnement des piliers dans le caisson primaire 7 et le positionnement des piliers dans le caisson secondaire 6 sont différents pour que ceux-ci soient espacés lorsque les caissons 6 et 7 sont superposés.
  • Il n'est pas nécessaire que les piliers d'un premier niveau de caissons, par exemple de la couche isolante primaire, soient situé à chaque fois à mi-chemin entre deux piliers d'un second niveau, par exemple la couche isolante secondaire. En effet une disposition satisfaisante peut être obtenue notamment lorsque les piliers d'un niveau ne sont pas superposés aux piliers du niveau inférieur ou supérieur et sont positionnés à une certaine distance de ceux-ci. Par exemple, les piliers de la couche isolante primaire doivent de préférence se situer en dehors d'une zone de non recouvrement 52 des piliers secondaires 140. Une telle zone de non recouvrement 52 est représentée dans la figure 8. La zone est définie, dans la projection selon le plan parallèle à la paroi de cuve, par un périmètre rectangulaire 53 s'étendant autour du pilier secondaire 140. Ainsi, les piliers secondaires 140 sont à une distance suffisante des piliers primaires 40 pour permettre le fléchissement des panneaux et éviter le cisaillement des panneaux par les piliers.
  • D'autres types de piliers sont représentés sur les figures 9a à 9d qui illustrent la section de ceux-ci au niveau de leurs extrémités sur lesquelles s'appuient les panneaux, ainsi que leurs zones de non recouvrement respectives.
  • En particuliers, la figure 9a représente un pilier de section triangulaire 54. Un cercle circonscrit de la section triangulaire 54 est illustré. Le périmètre 55 formant la zone de non recouvrement consiste en un cercle centré sur le centre de gravité de la section triangulaire 54 et dont le rayon est égal au diamètre du cercle circonscrit de la section triangulaire.
  • La figure 9c présente un périmètre circulaire similaire correspondant à un pilier de section circulaire 56. De manière analogue au périmètre 55, un périmètre circulaire 57 délimite la zone de non recouvrement. Le périmètre circulaire 57 présente un rayon égal au diamètre de la section 56 du pilier et est concentrique par rapport au pilier.
  • La figure 9b présente un pilier de section rectangulaire 58. La zone de non-recouvrement est formée par un périmètre 59 rectangulaire dont les longs côtés sont parallèles aux longs côtés de la section rectangulaire 58. Le périmètre rectangulaire 59 est centré sur la section rectangulaire 58 du pilier et présente des dimensions qui sont égales au double des dimensions C1 et C2 de la section rectangulaire 58.
  • Similairement à la figure 9b, la figure 9d illustre une zone de non recouvrement rectangulaire. Cette zone de non-recouvrement correspond à un pilier présentant une section de forme quelconque 60. La largeur D4 correspond à la dimension de la section selon une direction de longueur 62 du caisson comportant le pilier et la longueur D3 correspond à la largeur du pilier selon une direction de largeur 63 du caisson. Le rectangle formant le périmètre 61 de la zone de non-recouvrement présente des dimensions correspondant au double des longueurs D4 et D3 et est centré sur le centre de la section, le centre correspondant au milieu des dimensions D4 et D3 prises sur la section du pilier.
  • Alternativement, les piliers peuvent être creux pour augmenter leur résistance thermique et peuvent également être remplis d'un matériau isolant. Dans d'autres modes de réalisation, les piliers peuvent présenter une section en H.
  • Les piliers peuvent être obtenus par exemple à l'aide de matériaux thermoplastiques ou thermodurcissables, éventuellement renforcés de fibres ou peuvent être réalisés en bois ou en contreplaqué.
  • Bien entendu, la répartition des poutres 26 par rapport aux piliers peut être différente. Par exemple les poutres 26 ne sont pas nécessairement positionnées au droit des rangées de piliers 19 et 23 mais peuvent être disposées entre les rangées de piliers 19 et 23.
  • Dans d'autres modes de réalisation, les piliers des caissons peuvent être remplacés par des plaques d'entretoises. De tels caissons sont notamment décrits dans le document FR2798902A1 . Dans ce cas, une plaque d'entretoise de la couche isolante primaire est à chaque fois positionnée entre deux plaques d'entretoise de la couche isolante secondaire afin que celles-ci ne se superposent pas.
  • Il est également possible, dans certaines parois de cuve, de superposer plus de deux niveaux de caisses calorifuges présentant des piliers. Par exemple, une barrière isolante secondaire peut comporter deux couches de caissons calorifuges. Dans ce cas, l'agencement des piliers peut également être réalisé de manière que deux caissons calorifuges superposés directement ne présentent pas de superposition de piliers.
  • Le caisson décrit ci-dessus peut être fabriqué de diverses manières. Par exemple dans un premier procédé de fabrication du caisson 16, le panneau de fond 17, les lattes 18 et les piliers 20 sont assemblés par agrafage. La garniture calorifuge est ensuite insérée ou injectée entre les piliers. Le panneau inférieur 25 est agrafé aux piliers 20 dans un processus manuel ou automatisé, puis les poutres 26 sont agrafées au panneau inférieur 25. Une éventuelle garniture calorifuge poreuse est insérée entre les poutres 26, et le panneau supérieur 24 est enfin agrafé sur les poutres 26.
  • La fixation des piliers, panneaux et éléments d'espacement entre les panneaux inférieur et supérieur peut être réalisée par des vis. Toutefois, il est aussi possible de réaliser leur liaison par collage, agrafage ou clouage.
  • Les panneaux, poutres et piliers peuvent être réalisés en contreplaqué ou en bois massif, par exemple en bouleau, hêtre ou sapin. Ces éléments peuvent aussi être réalisés en bambou, en matériau composites, en plastique ou en métal.
  • Tout type de garniture calorifuge 35 peut être utilisé pour réaliser les caissons décrits ci-dessus. Typiquement, une telle garniture 35 peut par exemple consister en un bloc de mousse usiné, ou une mousse coulée entre les piliers. Une telle mousse peut être renforcée ou non à l'aide par exemple de fibre de verre et peut être notamment une mousse polyuréthane. Alternativement, la garniture peut être constituée d'un matériau à porosité d'ordre de grandeur nanométrique de type aérogel. Les aérogels peuvent être conditionnés sous différentes formes, par exemple sous la forme de poudre, de billes, de fibres non tissées, de tissu, etc.
  • Les types de caissons présentés ci-dessus peuvent être mis en oeuvre dans la couche d'isolation primaire 4 et/ou dans la couche d'isolation secondaire 2.
  • Les panneaux de couvercle renforcés présentés ci-dessus peuvent être remplacés par des panneaux de couvercle renforcés présentant une architecture différente. Par exemple, les panneaux de couvercles renforcés peuvent être remplacés par des panneaux de couvercle renforcés décrit dans la demande de brevet français déposée sous le numéro 1255316 . Le panneau de couvercle renforcé peut aussi être remplacé par un couvercle rigide simple ou constitué de deux plaques qui sont superposées directement. Le panneau du caisson primaire en appui sur les piliers primaire peut présenter une épaisseur entre 12 et 80mm.
  • Les cuves décrites ci-dessus peuvent être utilisées dans différents types d'installations telles que des installations terrestres ou dans un ouvrage flottant comme un navire méthanier ou autre.
  • En référence à la figure 10, une vue écorchée d'un navire méthanier 70 montre une cuve étanche et isolée 71 de forme générale prismatique montée dans la double coque 72 du navire. La paroi de la cuve 71 comporte une barrière étanche primaire destinée à être en contact avec le GNL contenu dans la cuve, une barrière étanche secondaire agencée entre la barrière étanche primaire et la double coque du navire, et deux barrières thermiquement isolantes agencées respectivement entre la barrière étanche primaire et la barrière étanche secondaire, et entre la barrière étanche secondaire et la double coque 72.
  • De manière connue en soi, des canalisations de chargement/déchargement disposées sur le pont supérieur du navire peuvent être raccordées, au moyen de connecteurs appropriés, à un terminal maritime ou portuaire pour transférer une cargaison de GNL depuis ou vers la cuve 71.
  • La figure 10 représente un exemple de terminal maritime comportant un poste de chargement et de déchargement 75, une conduite sous-marine 76 et une installation à terre 77. Le poste de chargement et de déchargement 75 est une installation fixe off-shore comportant un bras mobile 74 et une tour 78 qui supporte le bras mobile 74. Le bras mobile 74 porte un faisceau de tuyaux flexibles isolés 79 pouvant se connecter aux canalisations de chargement/déchargement 73. Le bras mobile 74 orientable s'adapte à tous les gabarits de méthaniers. Une conduite de liaison non représentée s'étend à l'intérieur de la tour 78. Le poste de chargement et de déchargement 75 permet le chargement et le déchargement du méthanier 70 depuis ou vers l'installation à terre 77. Celle-ci comporte des cuves de stockage de gaz liquéfié 80 et des conduites de liaison 81 reliées par la conduite sous-marine 76 au poste de chargement ou de déchargement 75. La conduite sous-marine 76 permet le transfert du gaz liquéfié entre le poste de chargement ou de déchargement 75 et l'installation à terre 77 sur une grande distance, par exemple 5 km, ce qui permet de garder le navire méthanier 70 à grande distance de la côte pendant les opérations de chargement et de déchargement.
  • Pour engendrer la pression nécessaire au transfert du gaz liquéfié, on met en oeuvre des pompes embarquées dans le navire 70 et/ou des pompes équipant l'installation à terre 77 et/ou des pompes équipant le poste de chargement et de déchargement 75.
  • Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention, telle que définie par les revendications.
  • L'usage du verbe «comporter», «comprendre» ou «inclure» et de ses formes conjuguées n'exclut pas la présence d'autres éléments ou d'autres étapes que ceux énoncés dans une revendication. L'usage de l'article indéfini « un » ou «une» pour un élément ou une étape n'exclut pas, sauf mention contraire, la présence d'une pluralité de tels éléments ou étapes.
  • Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication.

Claims (19)

  1. Cuve étanche et thermiquement isolante intégrée dans une structure porteuse pour contenir un fluide, dans laquelle une paroi de cuve comporte depuis l'extérieur de la cuve vers l'intérieur de la cuve:
    une paroi porteuse (1),
    une barrière d'isolation thermique secondaire (2) retenue sur la paroi porteuse, la barrière d'isolation thermique étant constituée d'une pluralité d'éléments calorifuges secondaires (6) juxtaposés de manière à former une surface de support secondaire,
    une barrière d'isolation thermique primaire (4) retenue sur la barrière d'isolation thermique secondaire (2), la barrière d'isolation thermique primaire étant constituée d'une pluralité d'éléments calorifuges primaires (7) juxtaposés de manière à former une surface de support primaire,
    une barrière d'étanchéité (5) en appui sur la surface de support primaire,
    chaque élément calorifuge primaire et chaque élément calorifuge secondaire comportant :
    une garniture calorifuge (35),
    une pluralité d'éléments porteurs (20, 28, 37, 40, 140) traversant la garniture calorifuge perpendiculairement à la paroi de cuve et
    un panneau (17, 34, 122) parallèle à la paroi de cuve agencé à une extrémité des éléments porteurs de l'élément calorifuge de manière à former une paroi extérieure de l'élément calorifuge,
    dans laquelle au moins un parmi le panneau de l'élément calorifuge primaire et le panneau de l'élément calorifuge secondaire est agencé entre les éléments porteurs de la barrière d'isolation primaire et les éléments porteurs de la barrière d'isolation secondaire, cuve dans laquelle dans une vue en projection dans un plan parallèle à la paroi de cuve, au moins un élément porteur (20, 28, 40) de la pluralité d'éléments porteurs de l'élément calorifuge primaire est espacé par rapport aux éléments porteurs (20, 37, 140) sous-jacents de l'élément calorifuge secondaire caractérisé en ce que dans la cuve ledit au moins un élément porteur de la pluralité d'éléments porteurs de l'élément calorifuge primaire ne se superpose pas aux éléments porteurs sous-jacents de l'élément calorifuge secondaire.
  2. Cuve selon la revendication 1, dans laquelle les éléments porteurs (20, 28, 37, 40, 140) sont des piliers de petite section dans le plan parallèle à la paroi de cuve par rapport aux dimensions de l'élément calorifuge (6, 7).
  3. Cuve selon la revendication 2, dans laquelle chaque pilier (20, 28, 40) de la pluralité de piliers de l'élément calorifuge primaire est positionné en dehors de périmètres caractéristiques (53, 59, 61) entourant les piliers sous-jacents (20, 37, 140) de l'élément calorifuge secondaire et dans laquelle les éléments calorifuges (6, 7, 16) présentent une forme parallélépipédique et dans laquelle le périmètre (59, 61) caractéristique entourant un pilier est de forme rectangulaire, le périmètre comportant un premier coté parallèle à une direction de longueur (21) de l'élément calorifuge, et un deuxième coté parallèle à une direction de largeur de l'élément calorifuge,
    la dimension du premier côté du périmètre étant supérieure ou égale au double d'une première dimension caractéristique (C1, D4) égale à la plus grande dimension de la section du pilier selon la direction de longueur (62) de l'élément calorifuge et la dimension du deuxième côté du périmètre étant supérieure ou égale au double d'une deuxième dimension caractéristique (C2, D3) égale à la plus grande dimension de la section du pilier selon la direction de largeur (63) de l'élément calorifuge.
  4. Cuve selon la revendication 2, dans laquelle chaque pilier (20, 28, 40) de la pluralité de piliers de l'élément calorifuge primaire est positionné en dehors de périmètres caractéristiques (59) entourant les piliers sous-jacents (20, 37, 140) de l'élément calorifuge secondaire et dans laquelle les piliers présentent une section de forme rectangulaire (58), et dans laquelle le périmètre caractéristique (59) entourant un pilier sous-jacent présente une forme rectangulaire centrée sur la section de forme rectangulaire du pilier sous-jacent (58), les longs côtés du périmètre caractéristique étant parallèles aux longs côtés de la section de forme rectangulaire du pilier sous-jacent (58), les dimensions du périmètre caractéristique (59) étant égales au double des dimensions (C1, C2) de la section de forme rectangulaire du pilier sous-jacent (58).
  5. Cuve selon la revendication 2, dans laquelle chaque pilier (20, 28, 40) de la pluralité de piliers de l'élément calorifuge primaire est positionné en dehors de périmètres caractéristiques (57) entourant les piliers sous-jacents (20, 37, 140) de l'élément calorifuge secondaire, lesdits piliers sous-jacents de l'élément calorifuge secondaire présentant une section circulaire, et dans laquelle les périmètres caractéristiques (57) présentent une forme circulaire et sont centrés chacun sur un pilier (56) sous-jacent, le rayon du périmètre caractéristique de forme circulaire (57) étant égal au diamètre (D1, D2) de la section circulaire du pilier sous-jacent.
  6. Cuve selon la revendication 2, dans laquelle chaque pilier (20, 28, 40) de la pluralité de piliers de l'élément calorifuge primaire est positionné en dehors de périmètres caractéristiques (55) entourant les piliers sous-jacents (20, 37, 140) de l'élément calorifuge secondaire, lesdits piliers sous-jacents de l'élément calorifuge secondaire présentant une section triangulaire, et dans laquelle les périmètres caractéristiques (55) présentent une forme circulaire et sont centrés chacun sur un pilier (54) sous-jacent, le rayon du périmètre caractéristique de forme circulaire (55) étant égal au diamètre du cercle circonscrit de la section triangulaire du pilier sous-jacent.
  7. Cuve selon l'une des revendications 2 à 6, dans laquelle les piliers d'un élément calorifuge sont agencés en rangées de piliers (19, 23, 36) parallèles à un côté (21) de l'élément calorifuge, une rangée de piliers de la barrière d'isolation thermique primaire étant à chaque fois positionnée dans ladite vue en projection à mi chemin entre deux rangées de piliers de la barrière d'isolation thermique secondaire.
  8. Cuve selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle un élément porteur de la barrière d'isolation thermique primaire est à chaque fois agencé dans ladite vue en projection en une position située à mi chemin entre deux éléments porteurs adjacents de la barrière d'isolation thermique secondaire.
  9. Cuve selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle l'élément calorifuge primaire comporte un panneau de fond (17) s'étendant parallèlement à la paroi de cuve et portant les éléments porteurs de l'élément calorifuge primaire.
  10. Cuve selon l'une des revendications 1 à 9, dans laquelle l'élément calorifuge secondaire comporte un panneau de fond (17) s'étendant parallèlement à la paroi de cuve et portant les éléments porteurs de l'élément calorifuge secondaire.
  11. Cuve selon l'une des revendications 1 à 10, dans laquelle l'élément calorifuge secondaire comporte un panneau de couvercle (34, 122) s'étendant parallèlement à la paroi de cuve et porté par les éléments porteurs de l'élément calorifuge secondaire, le panneau de couvercle comportant une surface extérieure formant la surface de support secondaire.
  12. Cuve selon la revendication 11 dans laquelle le panneau de couvercle de l'élément calorifuge secondaire comporte :
    un panneau de répartition (25) fixé sur les éléments porteurs et en appui sur les éléments porteurs,
    un élément d'espacement en appui et fixé sur le panneau de répartition, l'élément d'espacement comportant une pluralité de poutres (126) espacées les unes des autres et s'étendant parallèlement au panneau de répartition,
    un panneau supérieur (24) parallèle au panneau de répartition, fixé et supporté par la pluralité de poutres.
  13. Cuve selon l'une des revendications 1 à 12, dans laquelle l'élément calorifuge primaire (7) comporte un panneau de couvercle s'étendant parallèlement à la paroi de cuve et porté par les piliers, le panneau de couvercle comportant :
    un panneau de répartition (25) fixé sur les éléments porteurs et en appui sur les éléments porteurs,
    un élément d'espacement en appui et fixé sur le panneau de répartition, l'élément d'espacement comportant une pluralité de poutres (26) espacées les unes des autres et s'étendant parallèlement au panneau de répartition,
    un panneau supérieur (24) parallèle au panneau de répartition, fixé et supporté par la pluralité de poutres, le panneau supérieur comportant une surface extérieure formant la surface de support primaire.
  14. Cuve selon les revendications 12 et 13 prises en combinaison, dans laquelle les poutres (26) de la pluralité de poutre de l'élément calorifuge primaire sont perpendiculaires aux poutres (126) de la pluralité de poutres de l'élément calorifuge secondaire.
  15. Cuve selon l'une des revendications 1 à 14, dans laquelle un élément calorifuge primaire et un élément calorifuge secondaire présentent une forme parallélépipédique, et dans laquelle l'élément calorifuge primaire comporte des piliers d'ancrage primaires (49) chacun agencé au niveau d'un coin de l'élément calorifuge primaire, l'élément calorifuge secondaire comportant des piliers d'ancrage secondaires (49) chacun agencé au niveau d'un coin de l'élément calorifuge secondaire, les piliers d'ancrage primaires et les piliers d'ancrage secondaires étant superposés.
  16. Cuve selon l'une des revendications 1 à 15, dans lequel la paroi de cuve comporte en outre une barrière d'étanchéité secondaire (3) en appui sur la surface de support secondaire de la barrière d'isolation thermique secondaire.
  17. Navire (70) pour le transport d'un produit liquide froid, le navire comportant une double coque (72) et une cuve (71) selon l'une des revendications 1 à 16 disposée dans la double coque.
  18. Utilisation d'un navire (70) selon la revendication 17, dans laquelle on achemine un produit liquide froid à travers des canalisations isolées (73, 79, 76, 81) depuis ou vers une installation de stockage flottante ou terrestre (77) vers ou depuis la cuve du navire (71) pour effectuer le chargement ou déchargement du navire.
  19. Système de transfert pour un produit liquide froid, le système comportant un navire (70) selon la revendication 17, des canalisations isolées (73, 79, 76, 81) agencées de manière à relier la cuve (71) installée dans la coque du navire à une installation de stockage flottante ou terrestre (77) et une pompe pour entraîner un flux de produit liquide froid à travers les canalisations isolées depuis ou vers l'installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.
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