EP2956352B1 - Paroi, etanche et thermiquement isolante, pour cuve de stockage de fluide - Google Patents

Paroi, etanche et thermiquement isolante, pour cuve de stockage de fluide Download PDF

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EP2956352B1
EP2956352B1 EP14705850.7A EP14705850A EP2956352B1 EP 2956352 B1 EP2956352 B1 EP 2956352B1 EP 14705850 A EP14705850 A EP 14705850A EP 2956352 B1 EP2956352 B1 EP 2956352B1
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EP
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heat
wall
stress
insulating panel
slot
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EP14705850.7A
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Antoine PHILIPPE
Bruno Deletre
Johan Bougault
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Gaztransport et Technigaz SA
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    • F17C3/00—Vessels not under pressure
    • F17C3/02—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation

Definitions

  • the invention relates to the field of tanks, sealed and thermally insulating, for the storage and / or transport of fluid, such as a cryogenic fluid.
  • the invention relates more particularly to the field of tanks whose sealing is performed via metal membranes having corrugations conferring flexibility and elongation capacity in one or more directions of a plane.
  • Such tanks are used in particular for the transport or storage of liquefied natural gas (LNG) which is stored at atmospheric pressure at about -162 ° C.
  • LNG liquefied natural gas
  • the sealing membrane has an inner face, intended to be in contact with the fluid contained in the tank, and an outer face, anchored to the inner face of the heat insulating panel.
  • the waterproofing membrane is made of a plurality of metal plates, made of stainless steel, having series of perpendicular corrugations to absorb the forces. The corrugated plates are welded to one another along their edges and are anchored to the panels by welding the edges of the plates to strips, also of stainless steel, riveted to said heat insulating panels.
  • the inner face of the heat-insulating panels has slits extending in the direction transverse to the length of the vessel, over the entire length of the heat-insulated panels. Such slots allow a deformation of the corrugations without the insulating panels do not crack during the cold setting of the tank.
  • the document US 3302358 discloses a vessel wall having an extensible sheet 1 having corrugations protruding into the vessel.
  • the tank wall comprises trays. Insulating materials consisting of polyvinyl chloride or perlite fill enclosures delimited, towards the outside of the tank by the trays and to the inside of the tank, by the extensible sheet 1.
  • the trays are spaced from each other by interstices.
  • the corrugations extend opposite the interstices formed between the plates. The arrangement of the trays is such that the interstices between the trays do not extend in the extension of each other.
  • An idea underlying the invention is to provide a waterproof and thermally insulating wall, corrugated membrane, resistant to low temperatures and having a limited flexion during its cold setting.
  • the corrugation gives the waterproofing membrane flexibility allowing it to deform, in particular under the effect of the bending of the heat-insulating panels and the thermal contraction of the waterproofing membrane.
  • the relaxation slot allows to take full advantage of this wave, since it allows a deformation of the waterproofing membrane without imposing excessive mechanical stresses on the heat insulating panel.
  • a cryogenic fluid such as liquefied natural gas
  • the difference in temperature between the outside of the tank and the interior generates a thermal gradient within the heat insulating panels.
  • This thermal gradient can cause the bending of the heat insulating panels and thus the bending of the waterproofing membrane.
  • a relaxation slot not extending over the entire width or length of the panel makes it possible to maintain a certain rigidity to the panel and therefore limits the impact of a relaxation slot on the flexibility of the panel. thermal insulation panel under thermal loading.
  • the invention also provides a fluid storage tank comprising a supporting structure and at least one wall as mentioned above fixed on the supporting structure.
  • 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 transporting a fluid comprises a double shell forming the carrier structure and a said tank disposed in the double hull.
  • the invention also provides a use of a aforesaid vessel, in which a fluid is conveyed through pipes. isolated from or to a floating or land storage facility to or from the vessel to load or unload the vessel.
  • the invention also provides a transfer system for a fluid, the system comprising the abovementioned vessel, insulated pipes arranged to connect the vessel installed in the hull of the vessel to a floating or ground storage facility. and a pump for driving fluid flow through the insulated pipelines from or to the floating or land storage facility to or from the vessel vessel.
  • the invention is particularly advantageous when the means for attaching the heat-insulating panels to the supporting structure are not capable of taking up the bending stresses of the heat-insulating element, for example when the heat-insulating panel is not not fixed in its peripheral zone, but only at a central zone of its external surface.
  • the invention also makes it possible to obtain a better aging behavior of the insulating foam of the heat-insulating panels. Indeed, since the relaxation slots do not extend over the entire length or the width of the heat-insulating panels, the exchange surface between the insulating foam and the ambient air is restricted so that the diffusion of the expansion gas outside the cells of the foam and the air migration in these are limited.
  • Each tank wall has successively, in the direction of the thickness, from the inside towards the outside of the tank, at least one sealing membrane, in contact with the fluid contained in the tank, a thermally insulating barrier and a bearing structure, not shown.
  • a wall may also include two levels of sealing and thermal insulation.
  • the figure 1 represents a heat insulating panel 1.
  • the panel 1 here has substantially a rectangular parallelepiped shape. It comprises a layer of insulating polymeric foam 2 sandwiched between an inner rigid plate 3 and an outer rigid plate 4.
  • the inner rigid plates 3 and outer 4 are, for example, plywood plates bonded to said foam layer 2
  • the insulating polymer foam may in particular be a foam based on polyurethane.
  • the polymer foam may advantageously be reinforced by glass fibers contributing to reducing its thermal contraction.
  • the panel 1 has a length of 3 meters and a width of 1 meter.
  • the inner plate 3 of plywood may have a thickness of 12 mm; the outer plate 4 of plywood: a thickness of 9 mm, and the insulating foam layer 2: a thickness of 200 mm.
  • the dimensions and thicknesses are given as an indication and vary depending on the desired applications and thermal insulation performance.
  • the inner surface of the panel 1 comprises metal plates 5, 6 for anchoring metal plates 7, an example of which is illustrated in FIG. figure 7 , constituting the waterproofing membrane.
  • Metal plates 5 extend longitudinally on the inner plate 3 of the panel 1 and metal plates 6 extend transversely.
  • the metal plates 5, 6 are, for example, riveted to the inner plate 3 of the panel 1.
  • the metal plates 5, 6 may in particular be made of stainless steel or Invar ®: an alloy of iron and nickel whose main property is to have a very low coefficient of expansion.
  • the thickness of the metal plates 5, 6 is, for example, of the order of 2 mm.
  • a thermal protection strip, not shown, can be placed under the metal plates 5, 6.
  • the anchoring between the metal plate 7 and the metal plates 5, 6 is achieved by pointing welds.
  • the sealing membrane is obtained by assembling multiple metal plates 7, welded to each other along their edges.
  • a metal plate 7 comprises a first series of parallel waves, said low 8, extending in a direction y and a second series of parallel corrugations, so-called high 9, extending in a direction x.
  • the x and y directions of the series of corrugations 8, 9 are perpendicular.
  • the corrugations 8, 9 protrude from the side of the internal face of the metal plate 7.
  • the edges of the metal plate 7 are here parallel to the corrugations 8 and 9.
  • the metal plate 7 comprises between the corrugations 8, 9 a plurality of surfaces planes 11.
  • the terms "high” and “low” have a relative meaning and mean that the first series of corrugations 8 has a height less than the second series of corrugations 9.
  • the low ripple is discontinuous, that is to say it is interrupted by a fold which extends the ridge of the top of the high corrugation 9 protruding above the ridge 8, 9 allow the waterproofing membrane to be substantially flexible in order to be deformable under the effect of the stresses, including thermal, generated by the fluid stored in the tank.
  • the metal plate 7 is made of stainless steel sheet or aluminum, shaped by folding or stamping. Other metals or alloys are also possible.
  • the metal plate 7 has a thickness of about 1.2 mm. Other thicknesses are also conceivable, knowing that a thickening of the metal plate 7 causes an increase in its cost and generally increases the rigidity of the corrugations.
  • the metal plate 7 has a stamped strip, not shown, which is shifted inwards in the thickness direction by relative to the plane of the plate 7 in order to cover the edge of an adjacent metal plate 7.
  • a relative positioning of a metal plate 7 with respect to a heat insulating panel 1 is illustrated on the figure 8 .
  • the metal plates 7 are here arranged in a staggered manner, of a half-length and a half-width with respect to the heat-insulating panel 1.
  • a wall therefore comprises a plurality of heat-insulated panels 1 and a plurality of metal plates 7 and each said metal plates 7 extends over four adjacent heat insulating panels 1.
  • One of the longitudinal edges 12 of the metal plate 7 is anchored on the heat insulating panel 1, by welding said longitudinal edge 12 on the metal plates 5.
  • one of the transverse edges 13 is anchored to the heat insulating panel 1, by welding said edge transversal 13 on the metal plates 6.
  • the anchoring zones 14 between the metal plate 7 and the heat insulating panel 1 are located on either side of the corrugations 8, 9. In other words, the anchoring zones 14 are formed at the interface between planar portions 11 of the edges 12, 13 metal plates 7, extending on either side of the corrugations 8, 9, and the metal plates 5, 6.
  • each series of corrugations 8, 9 extends vis-à-vis the junction between two heat insulating panels 1 adjacent.
  • the inner surface of the heat-insulating panel 1 is provided with a plurality of relaxation slots 15, 16.
  • a first series of relaxation slots 15 extends in the y-direction of the corrugations 8.
  • a second series of relaxation slots 16 is provided. extends in the direction x of the corrugations 9.
  • the heat-insulating panel 1 has a relaxation slot 15, 16.
  • the relaxation slots 15, 16 are extend here in relation to their respective undulation 8, 9.
  • the relaxation slots 15, 16 are thus arranged to allow deformation of their respective undulation 8, 9 in a direction transverse to their direction. Indeed, without relaxation slot 15, 16, any undulation 8, 9 bordered by anchoring zones 14 can not deform without imposing significant mechanical stresses on the heat insulating panel 1.
  • the relaxation slots 15, 16 have lengths smaller than the size of the heat insulating panel 1 along their axis. In other words, the relaxation slots 15, 16 do not extend to the periphery of the heat insulating panel 1.
  • the length of a relaxation slot 15, 16 substantially corresponds to the pitch between two intersections 10 waves in the direction of the slot 15, 16.
  • the relaxation slot 15 is a through slot extending over the entire thickness of the heat insulating panel and opening, therefore, on the outer face of the panel 1.
  • Such a relaxation slot 15 makes it possible to give the waterproofing membrane a significant flexibility with respect to the deformations of the heat insulating panel 1 while maintaining a continuity of the internal rigid plate 3 in certain areas thereof. This continuity allows to limit the flexibility of the heat insulation panel 1 under thermal loading. It also helps to relieve plaque sticking rigid 3, 4 on the foam layer 2 and therefore limit the breaking primers.
  • the relaxation slot 15 is a blind slot does not open on the outer face of the panel. Such a relaxation slot 15 extends substantially to half the thickness of the heat insulating panel 1. In order to limit the stress concentrations at the bottom of the ends 17, 18 of the slot 15, the ends 17, 18 of the relaxation slot 15 have a leave. In order to achieve these holidays, the relaxation slot 15 is typically made with a circular saw.
  • the Figures 2 to 4 illustrate, in detail, the intersection zone between the alignment axis of metal plates 5 extending longitudinally to the panel 1 and the alignment axis of metal plates 6 extending transversely. This intersection zone corresponds to the zone for fixing an angle of the metal plate 7.
  • the relaxation slots 15, 16, which are arranged on either side of the intersection between the alignments of metal plates 5, 6 are extended by an additional portion 17, 18 extending in a median direction to the x directions and y.
  • the additional portions 17, 18 form an angle of 45 ° with respect to the directions x and y.
  • the manufacture of heat insulating panels 1 can be carried out according to various embodiments.
  • the inner 3 and outer 4 plates are, for example, glued on either side of the insulating polymer foam layer 2 and then the relaxation slots 15, 16 are cut. Finally, when the relaxation slots 15, 16 have been cut, the metal plates 5, 6 are fixed, for example by riveting, on the internal rigid plate 3.
  • the slits 15, 16 may be cut by means of a slotting device or any other suitable device such as water jet, laser, jigsaw, coping saw, milling machine, circular saw, or other.
  • the Figures 9 to 11 illustrate a heat insulating panel 1 comprising in its central zone, fixing members to the supporting structure.
  • the insulating panel 1 has, in its central zone, an orifice 19 receiving a stud 20 fixed to the supporting structure or a secondary sealed and thermally insulating barrier, itself fixed to the supporting structure, when the tank has two levels of sealing and thermal insulation.
  • the stud 20 comprises a threaded portion cooperating with a nut 21.
  • the orifice 19 has a shoulder 22.
  • One or more flat washers and / or belleville washers 23 are inserted between the nut 21 and the shoulder 22.
  • the housing 22 is here closed by a shutter disc 24.
  • a sealed and thermally insulating tank may comprise one or more walls as described above.
  • 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 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 72 of the ship, and two insulating barriers arranged respectively between the primary watertight barrier and the secondary watertight barrier and between the secondary watertight barrier and the double hull 72.
  • loading / unloading lines 73 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 12 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 of 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 pipe 76 allows the transfer of the liquefied gas between the loading station and the loading station. unloading 75 and the onshore installation 77 over a large distance, for example 5 km, which makes it possible to keep the LNG ship 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

    Domaine technique
  • L'invention se rapporte au domaine des cuves, étanches et thermiquement isolantes, pour le stockage et/ou le transport de fluide, tel qu'un fluide cryogénique.
  • L'invention se rapporte plus particulièrement au domaine des cuves dont l'étanchéité est effectuée via des membranes métalliques présentant des ondulations leur conférant une flexibilité et une capacité d'élongation selon une ou plusieurs directions d'un plan.
  • De telles cuves sont notamment employées pour le transport ou le stockage de gaz naturel liquéfié (GNL) qui est stocké, à pression atmosphérique, à environ -162°C.
    • Arrière-plan technologique
  • Il est connu de la demande de brevet FR 2 861 060 des cuves, étanches et thermiquement isolantes, pour le transport et/ou le stockage de fluide cryogénique, comportant des panneaux calorifuges recouverts par une membrane d'étanchéité ondulée. La membrane d'étanchéité comporte une face interne, destinée à être en contact avec le fluide contenu dans la cuve, et une face externe, ancrée sur la face interne du panneau calorifuge. La membrane d'étanchéité est constituée d'une pluralité de plaques métalliques, en acier inoxydable, présentant des séries d'ondulations perpendiculaires permettant d'absorber les efforts. Les plaques ondulées sont soudées les unes aux autres, le long de leurs bords, et sont ancrées sur les panneaux, par soudage des bords des plaques sur des bandes, également en acier inoxydable, rivetées sur lesdits panneaux calorifuges.
  • La face interne des panneaux calorifuges présente des fentes s'étendant dans la direction transversale à la longueur du navire, sur toute la longueur des panneaux calorifuges. De telles fentes permettent une déformation des ondulations sans pour autant que les panneaux calorifuges ne se fissurent lors de la mise à froid de la cuve.
  • Le document US 3302358 décrit une paroi de cuve comportant une tôle extensible 1 présentant des ondulations saillantes vers l'intérieur de la cuve. La paroi de cuve comporte des plateaux. Des matériaux isolants constitués de chlorure de polyvinyle ou de perlite remplissent des enceintes délimitées, vers l'extérieur de la cuve par les plateaux et vers l'intérieur de la cuve, par la tôle extensible 1. Les plateaux sont espacés les uns des autres par des interstices. Les ondulations s'étendent en vis-à-vis des interstices formés entre les plateaux. La disposition des plateaux est telle que les interstices entre les plateaux ne s'étendent pas dans le prolongement les uns des autres.
    • Résumé
  • Une idée à la base de l'invention est de proposer une paroi étanche et thermiquement isolante, à membrane ondulée, résistante aux basses températures et présentant une flexion limitée lors de sa mise à froid.
  • Selon un mode de réalisation, l'invention fournit une paroi, étanche et thermiquement isolante, pour cuve de stockage de fluide comportant:
    • un panneau calorifuge présentant une face interne ; et
    • une plaque étanche présentant une face interne, destinée à être en contact avec le fluide contenu dans la cuve, et une face externe ancrée sur la face interne du panneau au niveau d'une pluralité de zones d'ancrage, ladite plaque étanche comportant au moins une ondulation, saillante du côté de la face interne de la plaque étanche, s'étendant selon une direction d1 ; dans laquelle :
    • la face interne du panneau calorifuge comporte, entre deux zones d'ancrage adjacentes disposées de part et d'autre de ladite ondulation, une fente de relaxation présentant un axe s'étendant selon la direction d1 de sorte à permettre une déformation de l'ondulation transversalement à la direction d1 ; et
    • la fente de relaxation présente une longueur inférieure à la dimension du panneau calorifuge dans l'axe de la fente de relaxation.
  • Ainsi, l'ondulation confère à la membrane d'étanchéité une flexibilité l'autorisant à se déformer, notamment sous l'effet de la flexion des panneaux calorifuges et de la contraction thermique de la membrane d'étanchéité.
  • En outre, la fente de relaxation permet de tirer pleinement partie de cette ondulation, puisqu'elle permet une déformation de la membrane d'étanchéité sans imposer de contraintes mécaniques trop importantes sur le panneau calorifuge.
  • Par ailleurs, lorsqu'une cuve est remplie d'un fluide cryogénique, tel que du gaz naturel liquéfié, la différence de température entre l'extérieur de la cuve et l'intérieur génère un gradient thermique au sein des panneaux calorifuges. Ce gradient thermique peut provoquer la flexion des panneaux calorifuges et donc la flexion de la membrane d'étanchéité. Par opposition à une fente s'étendant de part en part d'un panneau calorifuge, une fente de relaxation ne s'étendant pas sur toute la largeur ou la longueur du panneau permet de conserver une certaine rigidité au panneau et limite donc l'impact d'une fente de relaxation sur la flexibilité du panneau calorifuge sous chargement thermique.
  • Selon des modes de réalisation, une telle paroi étanche et thermiquement isolante peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • la fente de relaxation ne s'étend pas jusqu'à la périphérie du panneau calorifuge.
    • la fente de relaxation est une fente traversante qui débouche sur la face externe du panneau calorifuge.
    • la fente de relaxation est une fente borgne ne débouchant pas sur la face externe du panneau et comportant des extrémités présentant un congé.
    • la fente de relaxation s'étend en vis-à-vis de l'ondulation.
    • la plaque étanche comporte une ondulation s'étendant selon une direction d2 perpendiculaire à la direction d1, la face interne du panneau calorifuge comportant, entre deux zones d'ancrage adjacentes s'étendant de part et d'autre de ladite ondulation s'étendant selon la direction d2, une fente de relaxation présentant un axe s'étendant selon la direction d2 et présentant une longueur inférieure à la dimension du panneau calorifuge dans l'axe de ladite fente de relaxation.
    • la plaque étanche comporte une première série d'ondulations s'étendant selon la direction d1 et une seconde série d'ondulations s'étendant selon la direction d2, la face externe de la plaque étanche étant ancrée sur la face interne du panneau calorifuge au niveau d'une pluralité de zones d'ancrage disposées entre des ondulations de la première et de la seconde séries, la face interne du panneau calorifuge comportant, entre chaque couple de zones d'ancrage adjacentes s'étendant de part et d'autre d'une ondulation, une fente de relaxation, présentant un axe qui s'étend selon la direction d1 ou d2 de ladite ondulation, et présentant une longueur inférieure à la dimension du panneau calorifuge dans l'axe de ladite fente de relaxation.
    • une fente de relaxation présente une longueur correspondant à la distance entre deux intersections d'ondulations dans la direction d1 ou d2 de la fente de relaxation.
    • les zones d'ancrage sont alignées le long de deux bords sécants de la plaque métallique.
    • une fente de relaxation, adjacente à l'intersection entre les alignements de zones d'ancrage, présente une portion additionnelle s'étendant dans une direction d3 médiane aux directions d1 ou d2.
    • la plaque étanche est une plaque métallique et la face interne du panneau calorifuge comporte, au niveau des zones d'ancrages, des platines métalliques d'ancrage permettant le soudage de la plaque étanche sur le panneau calorifuge.
    • le panneau calorifuge comporte une couche de mousse polymère isolante prise en sandwich entre deux plaques de bois contreplaqué.
    • le panneau calorifuge constitue une barrière isolante primaire de la paroi, la paroi comportant en outre une barrière étanche et isolante secondaire, le panneau calorifuge étant attaché sur la barrière étanche et isolante secondaire par un organe d'attache coopérant avec une zone médiane du panneau, distante des bords du panneau.
    • le panneau calorifuge comporte, dans une zone centrale, des organes de fixation à une structure porteuse.
  • Selon un mode de réalisation, l'invention fournit aussi une cuve de stockage de fluide comportant une structure porteuse et au moins une paroi telle que mentionnée ci-dessus fixée sur la structure porteuse.
  • 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 fluide comporte une double coque formant la structure porteuse et une cuve précitée disposée dans la double coque.
  • Selon un mode de réalisation, l'invention fournit aussi une utilisation d'un navire précité, dans laquelle on achemine un fluide à travers des canalisations isolées depuis ou vers une installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire afin de charger ou décharger le navire.
  • Selon un mode de réalisation, l'invention fournit aussi un système de transfert pour un fluide, 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 entrainer un flux de fluide à travers les canalisations isolées depuis ou vers l'installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.
  • Selon un mode de réalisation, l'invention est particulièrement avantageuse lorsque les moyens d'attache des panneaux calorifuges à la structure porteuse ne sont pas aptes à reprendre les contraintes de flexion de l'élément calorifuge, par exemple lorsque le panneau calorifuge n'est pas fixé dans sa zone périphérique, mais uniquement au niveau d'une zone centrale de sa surface externe.
  • Selon un mode de réalisation, l'invention permet également d'obtenir un meilleur comportement au vieillissement de la mousse isolante des panneaux calorifuges. En effet, les fentes de relaxation ne s'étendant pas sur toute la longueur ou la largueur des panneaux calorifuges, la surface d'échange entre la mousse isolante et l'air ambiant est restreinte de telle sorte que la diffusion du gaz d'expansion en dehors des cellules de la mousse et la migration d'air dans celles-ci sont limitées.
  • 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 en perspective d'un panneau calorifuge.
    • Les figures 2, 3 et 4 sont des vues détaillées, selon trois variantes de réalisation, d'un panneau calorifuge dans la zone recevant les angles des plaques métalliques.
    • La figure 5 est une vue d'une paroi étanche et thermiquement isolante, en coupe transversale passant par une fente de relaxation.
    • La figure 6 est une vue similaire à celle la figure 5 avec une fente de relaxation selon un autre mode de réalisation.
    • La figure 7 est une vue en perspective d'une plaque métallique ondulée de la membrane d'étanchéité.
    • La figure 8 est une vue en plan illustrant le positionnement relatif d'une plaque métallique de la membrane d'étanchéité par rapport à un panneau calorifuge.
    • La figure 9 est une vue en perspective d'un panneau calorifuge fixé à la structure porteuse dans sa zone centrale.
    • La figure 10 est une vue détaillée en perspective des organes de fixation à la structure porteuse du panneau calorifuge de la figure 9.
    • La figure 11 est une vue en coupe longitudinale du panneau calorifuge des figures 9 et 10 au niveau des organes de fixation à la structure porteuse.
    • La figure 12 est une représentation schématique écorchée d'une cuve de navire méthanier et d'un terminal de chargement/déchargement de cette cuve.
  • Par convention, les termes «externe » et « interne » sont utilisés pour définir la position relative d'un élément par rapport à un autre, par référence à l'intérieur et à l'extérieur de la cuve.
  • Chaque paroi de cuve présente successivement, dans le sens de l'épaisseur, depuis l'intérieur vers l'extérieur de la cuve, au moins une membrane d'étanchéité, en contact avec le fluide contenu dans la cuve, une barrière thermiquement isolante et une structure porteuse, non représentée. Dans un mode de réalisation particulier, non illustré, une paroi peut également comporter deux niveaux d'étanchéité et d'isolation thermique.
  • La figure 1 représente un panneau calorifuge 1. Le panneau 1 présente ici sensiblement une forme de parallélépipède rectangle. Il comporte une couche de mousse polymère isolante 2 prise en sandwich entre une plaque rigide interne 3 et une plaque rigide externe 4. Les plaques rigides interne 3 et externe 4 sont, par exemple, des plaques de bois contreplaqué collées sur ladite couche de mousse 2. La mousse polymère isolante peut notamment être une mousse à base de polyuréthanne. La mousse polymère peut avantageusement être renforcée par des fibres de verre contribuant à réduire sa contraction thermique.
  • A titre d'exemple, le panneau 1 présente une longueur de 3 mètres pour une largeur de 1 mètre. La plaque interne 3 de contreplaqué peut présenter une épaisseur de 12 mm ; la plaque externe 4 de contreplaqué : une épaisseur de 9 mm, et la couche de mousse isolante 2 : une épaisseur de 200 mm. Bien entendu, les dimensions et épaisseurs sont données à titre indicatif et varient en fonction des applications et des performances d'isolation thermique souhaitées.
  • La surface interne du panneau 1 comporte des platines métalliques 5, 6 destinées à ancrer des plaques métalliques 7, dont un exemple est illustré sur la figure 7, constituant la membrane d'étanchéité. Des platines métalliques 5 s'étendent longitudinalement sur la plaque interne 3 du panneau 1 et des platines métalliques 6 s'étendent transversalement. Les platines métalliques 5, 6 sont, par exemple, rivetées à la plaque interne 3 du panneau 1. Les platines métalliques 5, 6 peuvent notamment être réalisées en acier inoxydable ou en Invar ® : un alliage de fer et de nickel dont la propriété principale est d'avoir un coefficient de dilatation très faible. L'épaisseur des platines métalliques 5, 6 est, par exemple, de l'ordre de 2 mm. Une bande de protection thermique, non illustrée, peut être placée sous les platines métalliques 5, 6. L'ancrage entre la plaque métallique 7 et les platines métalliques 5, 6 est réalisé par des soudures de pointage.
  • La membrane d'étanchéité est obtenue par assemblage de multiples plaques métalliques 7, soudées les unes aux autres le long de leurs bords. Comme illustré sur la figure 7, une plaque métallique 7 comporte une première série d'ondulations parallèles, dites basses 8, s'étendant selon une direction y et une seconde série d'ondulations parallèles, dites hautes 9, s'étendant selon une direction x. Les directions x et y des séries d'ondulations 8, 9 sont perpendiculaires. Les ondulations 8, 9 sont saillantes du côté de la face interne de la plaque métallique 7. Les bords de la plaque métallique 7 sont ici parallèles aux ondulations 8 et 9. La plaque métallique 7 comporte entre les ondulations 8, 9 une pluralité de surfaces planes 11. Notons que les termes « haute » et « basse » ont un sens relatif et signifient que la première série d'ondulations 8 présente une hauteur inférieure à la seconde série d'ondulations 9. Au niveau d'une intersection 10 entre une ondulation basse 8 et une ondulation haute 9, l'ondulation basse est discontinue, c'est-à-dire qu'elle est interrompue par un pli qui prolonge l'arête de sommet de l'ondulation haute 9 en faisant saillie au-dessus de l'arête de sommet de l'ondulation basse 8. Les ondulations 8, 9 permettent à la membrane d'étanchéité d'être sensiblement flexible afin de pouvoir se déformer sous l'effet des sollicitations, notamment thermiques, générées par le fluide emmagasiné dans la cuve.
  • La plaque métallique 7 est réalisée en tôle d'acier inoxydable ou d'aluminium, mise en forme par pliage ou par emboutissage. D'autres métaux ou alliages sont également possibles. A titre d'exemple, la plaque métallique 7 présente une épaisseur d'environ 1,2 mm. D'autres épaisseurs sont également envisageables, sachant qu'un épaississement de la plaque métallique 7 entraine une augmentation de son coût et accroît généralement la rigidité des ondulations.
  • Au niveau d'un des deux bords transversaux 13, et au niveau d'un des deux bords longitudinaux 12, la plaque métallique 7 présente une bande emboutie, non représentée, qui est décalée, vers l'intérieur dans la direction d'épaisseur par rapport au plan de la plaque 7 afin de venir recouvrir la bordure d'une plaque métallique 7 adjacente.
  • Un positionnement relatif d'une plaque métallique 7 par rapport à un panneau calorifuge 1 est illustré sur la figure 8. Les plaques métalliques 7 sont ici disposées de manière décalée, d'une demi-longueur et d'une demi-largeur par rapport au panneau calorifuge 1. Une paroi comporte donc une pluralité de panneaux calorifuges 1 et une pluralité de plaques métalliques 7 et chacune desdites plaques métalliques 7 s'étend sur quatre panneaux calorifuges 1 adjacents.
  • Un des bords longitudinaux 12 de la plaque métallique 7 est ancré sur le panneau calorifuge 1, par soudage dudit bord longitudinal 12 sur les platines métalliques 5. De même, un des bords transversaux 13 est ancré sur le panneau calorifuge 1, par soudage dudit bord transversal 13 sur les platines métalliques 6. Les zones d'ancrage 14 entre la plaque métallique 7 et le panneau calorifuge 1 sont situées de part et d'autre des ondulations 8, 9. En d'autres termes, les zones d'ancrage 14 sont formées à l'interface entre des portions planes11 des bords 12, 13 des plaques métalliques 7, s'étendant de part et d'autre des ondulations 8, 9, et les platines métalliques 5, 6.
  • Notons que, de manière avantageuse, l'ondulation centrale de chacune des séries d'ondulations 8, 9 s'étend en vis-à-vis de la jonction entre deux panneaux calorifuges 1 adjacent.
  • La surface interne du panneau calorifuge 1 est pourvu d'une pluralité de fentes de relaxation 15, 16. Une première série de fentes de relaxation 15 s'étend selon la direction y des ondulations 8. Une seconde série de fentes de relaxation 16 s'étend selon la direction x des ondulations 9.
  • Sur la figure 8, entre chaque couple de zones d'ancrage 14 adjacentes s'étendant de part et d'autre d'une ondulation 8, 9, le panneau calorifuge 1 présente une fente de relaxation 15, 16. Les fentes de relaxation 15, 16 s'étendent ici en vis-à-vis de leur ondulation respective 8, 9. Les fentes de relaxation 15, 16 sont ainsi agencées pour permettre une déformation de leur ondulation respective 8, 9 selon une direction transversale à leur direction. En effet, sans fente de relaxation 15, 16, toute ondulation 8, 9 bordée de zones d'ancrage 14 ne peut se déformer sans imposer des contraintes mécaniques importantes au panneau calorifuge 1.
  • Les fentes de relaxation 15, 16 présentent des longueurs inférieures à la dimension du panneau calorifuge 1 selon leur axe. En d'autres termes, les fentes de relaxation 15, 16 ne s'étendent pas jusqu'à la périphérie du panneau calorifuge 1. De manière avantageuse, la longueur d'une fente de relaxation 15, 16 correspond sensiblement au pas entre deux intersection 10 d'ondulations dans la direction de la fente 15, 16.
  • Dans un mode de réalisation représenté sur la figure 5, la fente de relaxation 15 est une fente traversante s'étendant sur toute l'épaisseur du panneau calorifuge et débouchant, par conséquent, sur la face externe du panneau 1. Une telle fente de relaxation 15 permet de conférer à la membrane d'étanchéité une flexibilité importante par rapport aux déformations du panneau calorifuge 1 tout en conservant une continuité de la plaque rigide interne 3 dans certaines zones de celle-ci. Cette continuité permet limiter la flexibilité du panneau calorifuge 1 sous chargement thermique. Cela permet également de soulager le collage des plaques rigides 3, 4 sur la couche de mousse 2 et par conséquent de limiter les amorces de rupture.
  • Dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 6, la fente de relaxation 15 est une fente borgne ne débouchant pas sur la face externe du panneau. Une telle fente de relaxation 15 s'étend sensiblement jusqu'à la moitié de l'épaisseur du panneau calorifuge 1. Afin de limiter les concentrations de contraintes au niveau du fond des extrémités 17, 18 de la fente 15, les extrémités 17, 18 de la fente de relaxation 15 présentent un congé. Afin de réaliser ces congés, la fente de relaxation 15 est typiquement réalisée à la scie circulaire.
  • Les figures 2 à 4 illustrent, de manière détaillée, la zone d'intersection entre l'axe d'alignement de platines métalliques 5 s'étendant longitudinalement au panneau 1 et l'axe d'alignement de platines métalliques 6 s'étendant transversalement. Cette zone d'intersection correspond à la zone de fixation d'un angle de la plaque métallique 7.
  • Dans les modes de réalisation des figures 2 et 4, les fentes de relaxation 15, 16, qui sont disposées de part et d'autre de l'intersection entre les alignements de platines métalliques 5, 6 se prolongent par une portion additionnelle 17, 18 s'étendant dans une direction médiane aux directions x et y. Autrement dit les directions x et y étant ici perpendiculaires, les portions additionnelles 17, 18 forment un angle de 45 ° par rapport aux directions x et y.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 3, il a été choisi de diminuer la longueur des fentes de relaxation 15 transversales de telle sorte qu'elles ne croisent pas les fentes de relaxation longitudinales 16.
  • La fabrication des panneaux calorifuges 1 peut être réalisée selon divers modes de réalisation. Selon un mode de réalisation, les plaques interne 3 et externe 4 sont, par exemple, collées de part et d'autre de la couche de mousse polymère isolante 2 puis les fentes de relaxation 15, 16 sont découpées. Enfin, lorsque les fentes de relaxation 15, 16 ont été découpées, les platines métalliques 5, 6 sont fixées, par exemple par rivetage, sur la plaque rigide interne 3.
  • De manière alternative, il est également possible de découper, au préalable, la plaque rigide interne 3, la couche de mousse polymère isolante 2 et optionnellement la plaque rigide externe 4 puis de coller les plaques rigides interne 3 et externe 4 sur la couche de mousse polymère isolante 2 en ajustant les fentes formées dans la plaque interne 3 et dans la couche de mousse polymère isolante 2.
  • Le découpage des fentes 15, 16 peut être réalisée au moyen d'un dispositif de type mortaiseuse ou tout autre dispositif approprié tel que jet d'eau, laser, scie sauteuse, scie à chantourner, fraisage, scie circulaire, ou autre.
  • Les figures 9 à 11 illustrent un panneau calorifuge 1 comprenant dans sa zone centrale, des organes de fixation à la structure porteuse. Le panneau calorifuge 1 présente, dans sa zone centrale, un orifice 19 recevant un goujon 20 fixé à la structure porteuse ou à une barrière secondaire étanche et thermiquement isolante, elle-même fixée à la structure porteuse, lorsque la cuve comporte deux niveaux d'étanchéité et d'isolation thermique. Le goujon 20 comprend une partie filetée coopérant avec un écrou 21. L'orifice 19 comporte un épaulement 22. Une ou plusieurs rondelles plates et/ou rondelles de belleville 23 sont insérés entre l'écrou 21 et l'épaulement 22. Le logement 22 est ici obturé par un disque d'obturation 24.
  • Une cuve étanche et thermiquement isolante peut comporter une ou plusieurs parois telles que décrites ci-dessus. 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.
  • En référence à la figure 12, 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 72 du navire, et deux barrières isolante 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 73 disposées sur le pont supérieur du navire peuvent être raccordées, au moyen de connecteurs appropriées, à un terminal maritime ou portuaire pour transférer une cargaison de GNL depuis ou vers la cuve 71.
  • La figure 12 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.
  • 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 (17)

  1. Paroi, étanche et thermiquement isolante, pour cuve de stockage de fluide comportant:
    • un panneau calorifuge (1) présentant une face interne et une périphérie ; et
    • une plaque étanche (7) présentant une face interne, destinée à être en contact avec le fluide contenu dans la cuve, et une face externe ancrée sur la face interne du panneau (1) au niveau d'une pluralité de zones d'ancrage (14), ladite plaque étanche (7) comportant au moins une ondulation (8 ; 9), saillante du côté de la face interne de la plaque étanche (7), s'étendant selon une direction d1 (x ; y) ;dans laquelle :
    • la face interne du panneau calorifuge (1) comporte, entre deux zones d'ancrage adjacentes (14) disposées de part et d'autre de ladite ondulation (8 ; 9), une fente de relaxation (15 ; 16) présentant un axe s'étendant selon la direction d1 (x, y) de sorte à permettre une déformation de l'ondulation transversalement à la direction d1 (x, y) ; et
    la fente de relaxation (15 ; 16) présente une longueur inférieure à la dimension du panneau calorifuge (1) dans l'axe de la fente de relaxation (15 ; 16) ;
    ladite paroi étant caractérisée en ce que la fente de relaxation ne s'étend pas jusqu'à la périphérie du panneau calorifuge (1).
  2. Paroi selon la revendication 1, dans laquelle la fente de relaxation (15 ; 16) est une fente traversante qui débouche sur la face externe du panneau calorifuge (1).
  3. Paroi selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la fente de relaxation (15 ; 16) est une fente borgne ne débouchant pas sur la face externe du panneau et comportant des extrémités (17, 18) présentant un congé.
  4. Paroi selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la fente de relaxation (15 ; 16) s'étend en vis-à-vis de l'ondulation (8 ; 9).
  5. Paroi selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la plaque étanche (7) comporte une ondulation (9 ; 8) s'étendant selon une direction d2 (y ; x) perpendiculaire à la direction d1 (x ; y), la face interne du panneau calorifuge (1) comportant, entre deux zones d'ancrage adjacentes (14) s'étendant de part et d'autre de ladite ondulation (9 ; 8) s'étendant selon la direction d2 (y ; x), une fente de relaxation (16 ; 15) présentant un axe s'étendant selon la direction d2 (y ; x) et présentant une longueur inférieure à la dimension du panneau calorifuge dans l'axe de ladite fente de relaxation (16 ; 15).
  6. Paroi selon la revendication 5, dans laquelle la plaque étanche (7) comporte une première série d'ondulations (15 ; 16) s'étendant selon la direction d1 (x ; y) et une seconde série d'ondulations (16 ; 15) s'étendant selon la direction d2 (y ; x), la face externe de la plaque étanche (7) étant ancrée sur la face interne du panneau calorifuge (1) au niveau d'une pluralité de zones d'ancrage (14) disposées entre des ondulations (15, 16) de la première et de la seconde séries, la face interne du panneau calorifuge (1) comportant, entre chaque couple de zones d'ancrage (14) adjacentes s'étendant de part et d'autre d'une ondulation (15, 16), une fente de relaxation (8, 9), présentant un axe qui s'étend selon la direction d1 (x ; y) ou d2 (y ; x) de ladite ondulation, et présentant une longueur inférieure à la dimension du panneau calorifuge (1) dans l'axe de ladite fente de relaxation (8, 9).
  7. Paroi selon la revendication 6, dans laquelle une fente de relaxation (15, 16) présente une longueur correspondant à la distance entre deux intersections (10) d'ondulations (8, 9) dans la direction d1 (x ; y) ou d2 (y ; x) de la fente de relaxation (15, 16).
  8. Paroi selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans laquelle les zones d'ancrage (14) sont alignées le long de deux bords sécants (12, 13) de la plaque métallique (7).
  9. Paroi selon la revendication 8, dans laquelle une fente de relaxation (15, 16), adjacente à l'intersection entre les alignements de zones d'ancrage (14), présente une portion additionnelle (17, 18) s'étendant dans une direction d3 médiane aux directions d1 (x ; y) ou d2 (y ; x).
  10. Paroi selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle la plaque étanche (7) est une plaque métallique et dans laquelle la face interne du panneau calorifuge (1) comporte, au niveau des zones d'ancrages (14), des platines métalliques d'ancrage permettant le soudage de la plaque étanche (7) sur le panneau calorifuge (1).
  11. Paroi selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle le panneau calorifuge (1) comporte une couche de mousse polymère isolante (2) prise en sandwich entre deux plaques de bois contreplaqué (3, 4).
  12. Paroi selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le panneau calorifuge (1) constitue une barrière isolante primaire de la paroi, la paroi comportant en outre une barrière étanche et isolante secondaire, le panneau calorifuge (1) étant attaché sur la barrière étanche et isolante secondaire par un organe d'attache coopérant avec une zone médiane du panneau (1), distante des bords du panneau (1).
  13. Paroi selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle le panneau calorifuge (1) comporte, dans une zone centrale, des organes de fixation à une structure porteuse.
  14. Cuve de stockage de fluide comportant une structure porteuse et au moins une paroi selon l'une des revendications 1 à 13 fixée sur la structure porteuse.
  15. Navire (70) pour le transport d'un fluide, le navire comportant une double coque (72) formant la structure porteuse et une cuve (71) selon la revendication 14, disposée dans la double coque.
  16. Utilisation d'un navire (70) selon la revendication 15, dans laquelle on achemine un fluide 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) afin de charger ou décharger le navire.
  17. Système de transfert pour un fluide, le système comportant un navire (70) selon la revendication 15, 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 entrainer un flux de fluide 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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