FR2851995A1 - Procede de renforcement d'un reservoir metallique et reservoir metallique renforce - Google Patents
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Abstract
Renforcement d'un réservoir métallique (1) contre des contraintes sismiques ou parasismiques, dans lequel on entoure le réservoir métallique sur une partie au moins de sa hauteur avec du tissu en fibres de carbone (3) collé sur la surface externe du réservoir métallique
Description
PROCEDE DE RENFORCEMENT D'UN RESERVOIR METALLIQUE ET RESERVOIR METALLIQUE
RENFORCE
La présente invention concerne le renforcement de cuves ou réservoirs métalliques contre des contraintes sismiques ou parasismiques.
Elle vise plus particulièrement des réservoirs constitués de tôles d'acier ayant une épaisseur relativement faible, pour limiter les coûts de fabrication. Ils sont donc sujets à des déformations importantes, en cas de contraintes inhabituelles.
C'est le cas notamment lorsqu'un séisme intervient. Le réservoir, 10 généralement rempli de fluide, est alors sollicité par une surpression interne du fluide liée à l'accélération horizontale et aux variations de la surface libre du fluide. En outre, un moment de renversement global peut induire une forte compression sur une partie du réservoir et, à l'inverse, une forte traction sur la partie opposée du réservoir.
La déformation de la tôle résultant de la conjonction de ces sollicitations entraîne alors des effets du second ordre et éventuellement un flambage ou cloquage, c'est-à-dire une pliure localisée de la tôle. Ce flambage qui apparaît généralement dans le bas du réservoir est parfois dit "en patte d'éléphant" du fait de sa forme. Ce phénomène est illustré sur la figure 1: le 20 flambage, qui apparaît au bas du réservoir 1, porte la référence 2.
Des solutions de renforcement de réservoirs métalliques sont connues pour limiter les effets susmentionnés. En particulier, la technique de cerclage consiste à effectuer, autour d'un réservoir, une ceinture de confinement afin de contrer l'expansion radiale issue de la pression interne ou du flambage. Le 25 cerclage dit "actif' se compose ainsi de ceintures précontraintes autour du réservoir. Celles-ci exercent un effort permanent sur la structure. Cette technique pose cependant des difficultés de dimensionnement, puisque l'effort exercé doit être tolérable pour un réservoir vide. Or, la résistance à la compression à vide de la tôle d'un tel réservoir est très faible.
Une autre solution, dite de raidissage, consiste en un ajout de matière ("raidisseurs") afin de renforcer localement certaines sections du réservoir et - 2 donc d'en limiter la déformation. En pratique, cette technique nécessite une soudure des raidisseurs sur le réservoir, ce qui a pour effet d'affaiblir la structure qu'on cherche à renforcer. En outre, si le raidissage est effectué alors que le réservoir est rempli d'une substance inflammable, des risques d'incendie ou de déflagration peuvent exister.
Un but de la présente invention est de proposer un mode de renforcement des réservoirs métalliques qui limite les inconvénients ci-dessus.
En particulier, un but de l'invention est de permettre un renforcement de réservoir pouvant être mis en oeuvre à vide ou bien lorsque le réservoir est 10 rempli et en fonctionnement.
Un autre but de l'invention est de permettre un renforcement qui ne fragilise pas la tôle.
L'invention propose ainsi un procédé de renforcement d'un réservoir métallique contre des contraintes sismiques ou parasismiques, caractérisé en 15 ce qu'on dispose du tissu en fibres de carbone sur une partie au moins d'une surface externe du réservoir métallique.
Dans des modes de réalisation qui peuvent être combinés entre eux de toutes manières: - le tissu en fibres de carbone est disposé en bandes, majoritairement selon 20 une direction sensiblement perpendiculaire à un axe du réservoir métallique; - le tissu en fibres de carbone est collé sur la surface externe du réservoir métallique de façon à ce que les fibres de carbone soient majoritairement dans une direction sensiblement perpendiculaire à un axe du réservoir 25 métallique; - le réservoir métallique est au moins partiellement rempli et on entoure le réservoir métallique avec du tissu en fibres de carbone sans vider le réservoir métallique; - le tissu en fibres de carbone est collé sur la surface externe du réservoir 30 métallique de façon à contourner des zones en saillie sur ladite partie de la surface externe du réservoir métallique; 3 - le tissu en fibres de carbone est collé sur la surface externe du réservoir métallique en plusieurs couches superposées; - le nombre de couches superposées du tissu en fibres de carbone varie en fonction de la hauteur le long du réservoir métallique; - le tissu en fibres de carbone est disposé en bandes et les couches superposées sont décalées les unes par rapport aux autres d'une demihauteur de bande.
L'invention propose également un réservoir métallique renforcé contre des contraintes sismiques ou parasismiques grâce audit procédé.
Un tel renforcement permet de limiter les effets de contraintes sismiques ou parasismiques, notamment l'apparition d'un flambage sur le réservoir renforcé.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non 15 limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1, déjà commentée, est un schéma illustrant une déformation d'un réservoir métallique classique à l'issue d'une contrainte sismique; - la figure 2 schématise un réservoir métallique renforcé contre les contraintes sismiques selon un mode de réalisation de l'invention.
Les figures 1 et 2 représentent un réservoir métallique, tel que ceux utilisés dans l'industrie, et constitué typiquement de tôle d'acier de faible épaisseur. A titre illustratif, un tel réservoir cylindrique peut avoir une hauteur d'une quinzaine de mètres et un diamètre d'une dizaine de mètres. L'épaisseur de la tôle du réservoir 1 est classiquement inférieure à une dizaine de 25 millimilètres.
De manière à limiter le phénomène de flambage 2 décrit plus haut, lorsque des contraintes sismiques ou parasismiques apparaissent, un renforcement est appliqué sur le réservoir 1 selon l'invention.
Ce renforcement consiste à coller du tissu en fibres de carbone 3 sur 30 une partie au moins de la surface externe du réservoir 1. Il peut être effectué à - 4 vide, mais également lorsque le réservoir est rempli, par exemple de fluide.
Un tel tissu en fibres de carbone est un matériau résistant (résistance à la rupture typiquement supérieure à 1500 MPa) et de module élastique élevé (typiquement entre 200 et 400 GPa).
Dans un mode de réalisation de l'invention, le tissu en fibres de carbone est découpé en bandes. Ces dernières sont alors appliquées sur la surface externe du réservoir 1. Il peut alors être avantageux de placer ces bandes selon une direction principale sur le réservoir. Par exemple, les bandes de tissu en fibres de carbone peuvent être positionnées perpendiculairement à 10 l'axe vertical 5 du réservoir, comme représenté sur la figure 2.
Par ailleurs, les fibres peuvent elles-mêmes avoir une direction principale au sein du tissu. Par exemple, une majorité des fibres ont une première direction et le reste des fibres suit une direction perpendiculaire à la première. Dans ce cas, il peut être avantageux de disposer le tissu en fibres de is carbone sur le réservoir 1, de façon à ce qu'une majorité des fibres soient orientées horizontalement, c'est-àdire perpendiculairement à l'axe vertical 5 du réservoir cylindrique. En effet, le flambage 2 issu de la déformation de la tôle lors d'un séisme a tendance à s'étendre sur la circonférence du réservoir. Un positionnement des fibres du tissu en fibres de carbone dans une direction 20 essentiellement horizontale permet donc d'offrir une résistance élevée à la formation du flambage.
Le tissu en fibres de carbone est collé sur la surface externe du réservoir au moyen de résines appropriées. Le tissu en fibres de carbone adhère facilement sur l'acier par ce dernier procédé de fixation. En outre, la 25 solution de collage se distingue d'autres techniques par le fait qu'elle ne nécessite pas de soudure sur la membrane mince du réservoir et évite ainsi toute fragilisation ou percement de la tôle. L'absence de soudure a en outre l'avantage d'éviter le risque d'incendie ou de déflagration lorsque le renforcement du réservoir est effectué alors que ce dernier est rempli d'une 30 substance inflammable.
Le positionnement du tissu en fibres de carbone est effectué sur toute la circonférence externe du réservoir, de façon à ceinturer ce dernier. Ce 5 chemisage constitue alors une ceinture passive autour du réservoir, qui est sans conséquence sur l'état à vide du réservoir puisque aucune pression n'est exercée sur la tôle dans ce cas. Lorsque le tissu en fibres de carbone est collé sur la tôle, la parfaite adhérence de ce chemisage agit en outre comme un 5 raidisseur autour du réservoir. La figure 2 montre un tel ceinturage à certaines hauteurs du réservoir, par des bandes de tissu 3 appliquées de façon quasiuniforme sur la surface externe du réservoir.
Pour obtenir un renforcement efficace du réservoir contre les contraintes sismiques, on pourra avantageusement recouvrir la surface du 10 réservoir avec plusieurs couches superposées de tissu en fibres de carbone. Si le tissu en fibres de carbone est disposé sur le réservoir en bandes parallèles, on pourra alors superposer plusieurs bandes de tissu en fibres de carbone les unes sur les autres.
Dans un mode de réalisation, les bandes de tissu en fibres de carbone 15 ainsi superposées en couches pourront être décalées les unes par rapport aux autres. Ce décalage entre bandes de couches adjacentes est avantageusement égal à une demi hauteur de bande. On assure ainsi un renforcement uniforme sur toute la surface externe du réservoir y compris dans les zones de raccordement entre des bandes d'une même couche, qui 20 pourraient être plus sensibles au phénomène de déformation sans ce recouvrement.
La tôle formant le réservoir peut avoir une épaisseur variable sur la hauteur du réservoir. Par exemple, l'épaisseur de la tôle utilisée peut être décroissante en fonction de la hauteur du réservoir. Dans une telle 25 configuration notamment, il pourra être avantageux de disposer un nombre de couches de tissu en fibres de carbone en adéquation avec l'épaisseur de cette tôle. Ainsi, on peut être amené à disposer plusieurs bandes de tissu en fibres de carbone en couches superposées dans le bas du réservoir, tandis qu'une seule couche de tissu en fibres de carbone pourra être posée sur une portion, 30 en hauteur, de la surface du réservoir.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le réservoir 2 comprend sur sa surface des obstacles en saillie empêchant une répartition du tissu en fibres - 6 de carbone par bandes uniformes sur l'ensemble de sa surface externe. Par exemple, un tuyau 4 d'arrivée de fluide peut déboucher sur la surface du réservoir. Dans ce cas, on dispose le tissu en fibres de carbone en prenant soin de contourner les obstacles, par exemple en plaçant des bandes autour 5 de la zone à contourner comme cela est illustré sur la figure 2, autour du tuyau 4 d'arrivée de fluide. Un tel positionnement du tissu en fibres de carbone permet de renforcer la quasitotalité de la surface du réservoir, en dépit des irrégularités qu'elle présente.
Le réservoir ainsi renforcé, par positionnement de tissu en fibres de 10 carbone sur sa surface externe, résiste plus aisément aux contraintes de type sismique, en modifiant le comportement de la tôle qui le constitue. En effet, le tissu en fibres de carbone étant élastique et admettant de forts allongements avant de rompre, il augmente donc fortement la raideur de la structure même lorsque l'acier est susceptible de se déformer (plastification). On limite ainsi 15 l'apparition d'un flambage sur la surface du réservoir.
On peut par ailleurs noter que le tissu en fibres de carbone appliqué possède une durabilité très élevée. En outre, si le métal sur lequel il est positionné est sujet à la corrosion, le tissu en fibres de carbone joue alors un rôle de revêtement protecteur du réservoir.
Claims (9)
1. Procédé de renforcement d'un réservoir métallique (1) contre des contraintes sismiques ou parasismiques, caractérisé en ce qu'on entoure le réservoir métallique sur une partie au moins de sa hauteur avec du tissu en fibres de carbone (3) collé sur la surface externe du réservoir métallique.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le tissu en fibres de carbone (3) est disposé en bandes, majoritairement selon une direction sensiblement perpendiculaire à un axe (5) du réservoir métallique (1).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le tissu en fibres de carbone (3) est collé sur la surface externe du réservoir métallique de façon à ce que les fibres de carbone soient majoritairement dans une direction sensiblement perpendiculaire à un axe (5) du réservoir métallique (1).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le réservoir métallique (1) est au moins partiellement rempli et dans 15 lequel on entoure le réservoir métallique avec du tissu en fibres de carbone (3) sans vider le réservoir métallique.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tissu en fibres de carbone (3) est collé sur la surface externe du réservoir métallique de façon à contourner des zones en saillie sur ladite partie 20 de la surface externe du réservoir métallique.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tissu en fibres de carbone (3) est collé sur la surface externe du réservoir métallique (1) en plusieurs couches superposées.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le nombre de couches superposées du tissu en fibres de carbone (3) varie en fonction de la hauteur le long du réservoir métallique (1). - 8
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, dans lequel le tissu en fibres de carbone (3) est disposé en bandes et dans lequel les couches superposées sont décalées les unes par rapport aux autres d'une demihauteur de bande.
9. Réservoir métallique (1) renforcé contre des contraintes sismiques ou parasismiques grâce au procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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