. Inertage et ventilation sous argon, de cuves de navires méthaniers â membranes 1 DOMAINE DE L'INVENTION L'invention porte sur un procédé permettant de balayer les espaces d'isolation des cuves de navires méthaniers utilisant la technologie à membrane, tel que décrit dans le brevet français N° 01 147 49 qui permet d'augmenter sensiblement la performance des isolations thermiques de ces cuves, l'argon étant un meilleur isolant thermique que l'azote actuellement utilisé pour ce balayage. L'invention porte plus spécialement sur une amélioration de la technologie des cuves à membranes utilisant des boites de contreplaqué remplie de matériau isolant, telle que décrite, par exemple dans la brochure technique « NO 96 membrane system » éditée par la société Gaz Transport et téléchargeable sur son site www.gtt.fr. On pourra aussi se reporter à l'ouvrage « Quand le méthane prend la mer » de Pierre Jean et Henri Petit, paru aux éditions P. Tacussel. . BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to a method for sweeping the isolation spaces of vessels of LNG tankers using membrane technology, as described in FIG. French patent No. 01 147 49 which significantly increases the performance of thermal insulation of these tanks, argon being a better thermal insulator than the nitrogen currently used for this scan. The invention relates more particularly to an improvement of the technology of membrane tanks using plywood boxes filled with insulating material, as described, for example in the technical brochure "NO 96 membrane system" published by the company Gaz Transport and downloadable on its website www.gtt.fr. We can also refer to the book "When methane takes to the sea" by Pierre Jean and Henri Petit, published by P. Tacussel.
Elle permet d'assurer, de manière sûre et efficace : - le remplacement par un mélange de gaz, constitué majoritairement d'argon, des 15 gaz initialement présents dans les espaces d'isolation ; - la collecte des fuites de gaz naturel éventuelles venant de la cargaison vers l'extérieur des espaces d'isolation afm de garantir la performance thermique de l'isolation ainsi que la sécurité en évitant l'accumulation de gaz inflammables et /ou plus conducteurs thermiquement. 20 Ceci permet, aussi, de réduire drastiquement les quantités d'argon nécessaires pour remplacer les gaz initialement présents dans ces espaces et de maximiser la réduction de conductivité thermique obtenue. It makes it possible to ensure, in a safe and effective manner: the replacement by a gas mixture, consisting mainly of argon, of the gases initially present in the isolation spaces; the collection of any natural gas leaks from the cargo to the outside of the insulation spaces in order to guarantee the thermal performance of the insulation as well as the safety by avoiding the accumulation of flammable gases and / or more thermally conductive . This also makes it possible to drastically reduce the quantities of argon necessary to replace the gases initially present in these spaces and to maximize the reduction in thermal conductivity obtained.
2 ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE 25 La figure 1 donne le principe général d'une isolation à membrane de cuves de navire méthanier utilisant un assemblage de boites en contreplaqué remplise de matériau isolant, dans le cas d'un balayage de ces espaces d'isolation par de l'azote. Cette isolation est constituée des éléments suivants : 5 10 20 25 30 - Une membrane primaire (1) métallique, qui assure l'étanchéité vis-à-vis de la cargaison, et qui repose sur une première couche de boites (2) en contreplaqué remplies d'isolant qui assure à la fois l'isolation thermique et le transfert mécanique des efforts de pression. - Une membrane secondaire (3) métallique qui assure une redondance de l'étanchéité et qui elle aussi supportée par une deuxième couche de boites en contreplaqué (4). Par soucis de simplification, nous ne détaillerons pas les procédés mécaniques utilisés pour rendre solidaire de la double coque (5) l'assemblage composé des boites (2) et (4) ainsi que des membranes (1) et (2). On pourra se reporter utilement, pour ces détails, aux documents déjà cités. Pour réduire les risques d'explosion, les règlements internationaux requièrent que les espaces entre les membranes (1) et (3) et la coque du navire (5) soient balayés en permanence par un gaz inerte (dans le cas de l'art antérieur de l'azote) afin de diluer les éventuelles fuites traversant les membranes et de les collecter pour les rejeter vers l'extérieur, le but étant de maintenir la concentration de vapeur de gaz naturel dans les espaces d'isolation bien en deçà de la limite d'inflammabilité de ce gaz dans l'air. La figure 2 présente, plus en détail, la conception des boites en contreplaqué supportant les membranes. Pour reprendre les efforts de compression, le fond (6) et le couvercle (7) de la boite sont reliés non seulement par les parois latérales (8) et (9), mais aussi par une série de renforts internes (10). Les espaces (11) délimités par ces partitions sont remplis de matériau isolant, typiquement de la silice expansée, connue commercialement sous le nom de Perlite. Alternativement, une isolation sous forme d'aérogel ou un autre matériau à faible conductivité peut être considérée. Pour permettre le balayage par le gaz inerte, et, aussi, éviter des différences de pression entre les espaces (11) et l'extérieur de la boite, des orifices (12) et (13) sont ménagés dans les renforts internes (10) et les parois latérales (8) qui leur font face, les deux autres parois latérales (9) étant aveugles. On notera que dans le cadre de l'état de l'art, ces orifices sont placés à mi hauteur des parois (8) et des renforts (10). Typiquement, ces orifices sont de simples ouvertures circulaires percés dans le contreplaqué, occultées, en ce qui concerne les parois extérieures des boites, par une pastille de tissus de verre qui permet le passage des gaz mais évite que le matériau isolant ne s'échappe de la boite. Dans le cas du remplacement de l'azote par de l'argon pour réduire les entrée , thermiques dans la cargaison, cette configuration est dommageable car le remplacement de l'azote dans la totalité des espaces (11) est problématique, du fait de l'absence, dans le cas de boites posées suivant un plan proche de l'horizontale, de points haut et bas par rapport à la force de gravité, l'argon risquant d'occuper que la partie (14) des espaces (11) qui est en dessous des lignes d'orifices (12) et (13) , l'azote ou les gaz résiduels plus légers étant piégés au dessus, dans la partie (15), voir figure 3. Ce phénomène réduirait, typiquement de moitié, ta réduction de conduction thermique gazeuse attendue dans ces espaces par le remplacement du gaz initialement présent (typiquement de l'azote) par de l'argon. PRIOR ART FIG. 1 gives the general principle of a membrane insulation of vessels of a LNG carrier using an assembly of plywood boxes filled with insulating material, in the case of a sweep of these isolation spaces. by nitrogen. This insulation consists of the following elements: A metal primary membrane (1), which seals against the cargo, and which rests on a first layer of boxes (2) made of plywood filled with insulation that provides both thermal insulation and mechanical transfer of pressure forces. - A secondary membrane (3) which provides a redundant sealing and which is also supported by a second layer of plywood boxes (4). For the sake of simplification, we will not detail the mechanical processes used to make integral with the double shell (5) the composite assembly of boxes (2) and (4) and membranes (1) and (2). For these details, reference may be made to the documents already mentioned. To reduce the risk of explosion, international regulations require that the spaces between the membranes (1) and (3) and the hull of the ship (5) be swept continuously by an inert gas (in the case of the prior art Nitrogen) to dilute any leaks through the membranes and collect them for discharge to the outside, the goal being to keep the concentration of natural gas vapor in the isolation spaces well below the limit flammability of this gas in the air. Figure 2 shows, in more detail, the design of the plywood boxes supporting the membranes. To recover the compression forces, the bottom (6) and the cover (7) of the box are connected not only by the side walls (8) and (9), but also by a series of internal reinforcements (10). The spaces (11) delimited by these partitions are filled with insulating material, typically expanded silica, known commercially as Perlite. Alternatively, insulation in the form of airgel or other low conductivity material may be considered. To enable scanning by the inert gas, and also to avoid pressure differences between the spaces (11) and the outside of the box, orifices (12) and (13) are formed in the internal reinforcements (10). and the side walls (8) facing them, the other two side walls (9) being blind. It will be noted that in the context of the state of the art, these orifices are placed at mid-height of the walls (8) and reinforcements (10). Typically, these orifices are simple circular openings pierced in the plywood, occulted, as regards the outer walls of the boxes, by a glass fabric pellet which allows the passage of gases but prevents the insulating material from escaping from the box. In the case of the nitrogen replacement with argon to reduce the thermal inputs into the cargo, this configuration is harmful because the replacement of the nitrogen in all the spaces (11) is problematic, because of the absence, in the case of boxes placed in a plane close to the horizontal, of high and low points with respect to the force of gravity, the argon being likely to occupy only the part (14) of the spaces (11) which is below the lines of orifices (12) and (13), the nitrogen or the lighter residual gases being trapped above, in the part (15), see Figure 3. This phenomenon would reduce, typically by half, reduction of gaseous thermal conduction expected in these spaces by the replacement of the initially present gas (typically nitrogen) with argon.
L'objet de la présente innovation est d'éviter ces zones de piégeage, en facilitant le remplacement, par l'effet de la gravité, des gaz initialement présents dans les espaces (11) par de l'argon. The object of the present innovation is to avoid these trapping zones, by facilitating the replacement, by the effect of gravity, of the gases initially present in the spaces (11) by argon.
3 EXPOSE DE L'INVENTION La figure 4 illustre, plus en détail, la conception d'une boite isolante suivant l'invention. Elle se caractérise par : - La présence d'au moins deux orifices (16) et (17) dans la partie inférieure et supérieure de chaque renfort (10). - La présence d'au moins deux orifices (18) et (19) dans la partie inférieure 20 et supérieure des parois latérales (8). - Alternativement, ou en complément, des orifices similaires (20) et (21) pourront être ménagés dans le fond (6) ou le couvercle (7) ; - Alternativement ou en complément, des orifices similaires (22) et (23) pourront être ménagés respectivement dans les parties inférieures et supérieures des 25 parois latérales (9). SUMMARY OF THE INVENTION FIG. 4 illustrates, in more detail, the design of an insulating box according to the invention. It is characterized by: - The presence of at least two orifices (16) and (17) in the lower and upper part of each reinforcement (10). - The presence of at least two orifices (18) and (19) in the lower portion 20 and upper side walls (8). - Alternatively, or in addition, similar orifices (20) and (21) may be formed in the bottom (6) or the cover (7); Alternatively or in addition, similar orifices (22) and (23) may be formed respectively in the lower and upper portions of the side walls (9).
On voit ainsi que par simple effet gravitaire, voir figure 5, l'argon, plus lourd, pourra pénétrer, via les orifices (16), (18),(20) ou (22) le bas des espaces (11) et les remplir progressivement, chassant vers le haut les gaz plus légers tels que l'azote, le 30 méthane ou l'air qui seront, par effet piston, poussés et évacués via les orifices (17), (19) 421) ou (23) à l'extérieur de la boite. Il suffit donc, pour remplir avec de l'argon les espaces d'isolation, d'injecter ce gaz dans les volumes d'isolation compris entre les membranes (1) et (3) et la coque (5) pour chasser vers le haut de ces volumes les autres gaz plus légers. 4 INDICATION DE LA MANIERE DONT L'INVENTION EST SUSCEPTIBLE D'APPLICATION La figure 6 présente, à titre d'exemple, la manière dont l'invention est susceptible d'être appliquée. On remarque, dans cet exemple, que les orifices médians (12) ont été supprimés et remplacés par des orifices alternativement placés : - pour les orifices (16) et (18) dans la partie inférieure des renforts (10) et des parois latérales (8) ; - pour les orifices (17) et (19) dans la partie supérieure des renforts (10) et des parois latérales (8) ; De plus, un orifice (20) est placé dans le fond (6), ainsi qu'un orifice (21) dans le 10 couvercle (7). De plus, deux orifices (22) et (23) sont placés dans les parties inférieures et supérieures des parois (9). It can thus be seen that, by simple gravitational effect, see FIG. 5, argon, which is heavier, can penetrate via the orifices (16), (18), (20) or (22) the bottom of the spaces (11) and the gradually fill up, chasing up the lighter gases such as nitrogen, methane or air which will, by piston effect, be pushed and evacuated via the orifices (17), (19) 421) or (23) outside the box. It is therefore sufficient, to fill the isolation spaces with argon, to inject this gas into the insulation volumes between the membranes (1) and (3) and the shell (5) to drive upwards. of these volumes the other lighter gases. 4 INDICATING THE WAY WHICH THE INVENTION IS LIKELY TO APPLY Figure 6 shows, by way of example, how the invention is likely to be applied. Note in this example that the median orifices (12) have been removed and replaced by orifices alternately placed: - for the orifices (16) and (18) in the lower part of the reinforcements (10) and the side walls ( 8); - for the orifices (17) and (19) in the upper part of the reinforcements (10) and the side walls (8); In addition, an orifice (20) is placed in the bottom (6) and an orifice (21) in the lid (7). In addition, two orifices (22) and (23) are placed in the lower and upper parts of the walls (9).
On supprime ainsi la possibilité de piégeage par gravité de gaz plus légers que 15 l'argon dans les espaces (11), ceux-ci étant chassés vers les orifices supérieurs (17) , (19) (21) et (23) par l'argon venant des orifices inférieurs (16), (18) (20) et (22). Du point de vue du coût de la fabrication des boites et de leur tenue mécanique, on voit que l'on n'a pas augmenté, de manière significative, le nombre et la taille des orifices, et donc que les impacts économiques et mécaniques sont négligeables. 20 On notera que l'invention ne se limite pas aux parties (plafond (23) et plancher (24)) de l'isolation des cuves qui sont proches de l'horizontale. Cette approche, s'applique, de manière similaire, aux parois plus ou moins inclinées, telles que les parois latérales (25) et longitudinales (non représentées dans la vue en coupe figure 7), ainsi que les talus (26) et les talons (27) des cuves. Dans chaque cas, on prendra compte de 25 l'orientation des boites par rapport à la verticale pour ménager des orifices de ventilation aux points haut et bas correspondants. Pour des raisons de constructions, les différents volumes d'isolation correspondants sont indépendants les uns des autres , aussi pour assurer une ventilation efficace de ces espaces et bénéficier des effets de la gravité pour évacuer vers l'extérieur de ces espaces les gaz légers et les remplacer par de l'argon, on 30 prendra soin d'injecter de manière préférentielle l'argon dans ces volumes par des 2 piquages (28), représentés par des « * » figure 7, situés dans leur partie inférieure, alors ; que l'évacuation de ces gaz se fera de manière préférentielle par des piquages (29), représentés par des « + » situées dans leur partie supérieure. On voit ainsi que l'argon injecté remplira progressivement par le bas les boites d'isolation (2) et (4), chassant devant lui, vers les piquages (29) les gaz plus légers, tels que le méthane ou l'azote. La mise sous argon des espaces d'isolation pourra donc se faire de la manière suivante, en supposant qu'initialement les espaces d'isolation sont remplis d'air ambiant, les cuves du navire étant vides et à la température ambiante : - tirage au vide des espaces d'isolation en utilisant les pompes à vides prévues à cet effet ; - remplissage et ventilation par de l'azote sec des espaces d'isolation, jusqu'à élimination de l'air ambiant ; - remplissage et ventilation par de l'argon sec des espaces d'isolation jusqu'à élimination de l'azote. Le navire peut alors être chargé en gaz naturel liquéfié, des apports d'argon supplémentaire étant effectués à la demande pour maintenir lors de la descente en froid la pression dans les espaces d'isolation à une pression proche de la pression de la cargaison. Ceci étant fait, un balayage par de l'argon des espaces d'isolation peut être effectué en permanence pour collecter les fuites venant de la cargaison (principalement du méthane et de l'azote) et les évacuer vers l'extérieur des espaces d'isolation, comme cela est décrit, par exemple, dans le brevet français déjà cité. This eliminates the possibility of gravitational trapping of gases lighter than argon in the spaces (11), these being driven towards the upper orifices (17), (19) (21) and (23) by the argon from the lower ports (16), (18) (20) and (22). From the point of view of the cost of manufacturing the boxes and their mechanical strength, we see that we have not significantly increased the number and size of the orifices, and therefore the economic and mechanical impacts are negligible. It should be noted that the invention is not limited to the parts (ceiling (23) and floor (24)) of the insulation of the tanks which are close to the horizontal. This approach applies similarly to the more or less inclined walls, such as the side walls (25) and longitudinal (not shown in the sectional view Figure 7), as well as the slopes (26) and the heels (27) tanks. In each case, the orientation of the boxes relative to the vertical will be taken into account to provide ventilation holes at the corresponding high and low points. For reasons of construction, the different volumes of insulation corresponding are independent of each other, also to ensure efficient ventilation of these spaces and benefit from the effects of gravity to evacuate to the outside of these spaces the light gases and replace with argon, care will be taken to preferentially inject argon into these volumes by 2 taps (28), represented by "*" Figure 7, located in their lower part, then; that the evacuation of these gases will preferably be by taps (29), represented by "+" located in their upper part. It can thus be seen that the injected argon will progressively fill the insulation boxes (2) and (4) from below, chasing lighter gases, such as methane or nitrogen, towards the taps (29). The placing of the insulating spaces under argon can therefore be done in the following manner, assuming that initially the isolation spaces are filled with ambient air, the vessels of the vessel being empty and at ambient temperature: empty isolation spaces using the vacuum pumps provided for this purpose; - filling and ventilation with dry nitrogen insulation spaces, until elimination of ambient air; - filling and ventilation with dry argon insulation spaces until nitrogen removal. The ship can then be loaded with liquefied natural gas, additional argon flows being made on demand to maintain during the cold descent the pressure in the isolation spaces at a pressure close to the pressure of the cargo. This being done, an argon sweep of the isolation spaces can be carried out continuously to collect the leaks coming from the cargo (mainly methane and nitrogen) and evacuate them out of the spaces. insulation, as described, for example, in the French patent already cited.
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