FR3107941A1 - Bloc modulaire isolant pour cuve étanche et thermiquement isolante - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un bloc modulaire thermiquement isolant (3, 7) pour l'isolation d'une cuve étanche de stockage d’un liquide, le bloc modulaire (3, 7) comprenant une garniture calorifuge, la garniture calorifuge comprenant un matériau isolant pulvérulent comportant un composant principal choisi parmi les silices pyrogénées, les aérogels de silice et les mélanges de ceux-ci et au moins un composé échangeur d’anion sous la forme d’une poudre mélangée au matériau isolant pulvérulent la garniture calorifuge n’étant pas enfermée dans une enveloppe étanche au gaz Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

BLOC MODULAIRE ISOLANT POUR CUVE ÉTANCHE ET THERMIQUEMENT ISOLANTE
L’invention se rapporte au domaine des cuves étanches et thermiquement isolantes. L’invention se rapporte plus particulièrement au domaine des cuves étanches et thermiquement isolantes comprenant une membrane d’étanchéité métallique et un bloc modulaire thermiquement isolant.
L’invention se rapporte encore à un bloc modulaire thermiquement isolant pour l’isolation d’une cuve étanche pour le stockage et/ou le transport d’un liquide.
Arrière-plan technologique
Le document WO-A-2019122757 divulgue une barrière thermiquement isolante d’une cuve de stockage d’un liquide froid comportant une pluralité de caissons isolants juxtaposés. Un caisson présente un compartiment et une garniture calorifuge pulvérulente disposée dans le compartiment. La garniture pulvérulente présente un excellent compromis entre une faible densité et des performances d'isolation thermique satisfaisantes et est peu ou pas sensible à un phénomène de tassement irréversible après avoir été immergée dans le liquide stocké dans la cuve. La garniture pulvérulente est en général choisie parmi les silices pyrogénées, les aérogels de silice et leurs mélanges.
En raison de leurs procédés de fabrication, ces garnitures pulvérulentes contiennent systématiquement une petite quantité de chlore, soit environ 10 parties par million (ppm) ou plus de chlore. La diffusion solide de l’isolant sous forme de poussière, soit par mise en suspension dans l’air et déplacement avec le mouvement de celui-ci, soit par déplacement induit par la gravité ou par toutes les accélérations subies par le navire, peut entrainer un contact entre le chlore et la membrane d’étanchéité métallique, par exemple en acier inoxydable ou en un alliage à faible coefficient de dilation thermique, notamment alliage de fer et de nickel tel l’INVAR®, et ainsi provoquer la corrosion par piqûre de la membrane d’étanchéité. L’humidité peut aussi entrainer le chlore présent dans la garniture pulvérulente puis mettre en contact le chlore avec la membrane d’étanchéité par condensation et provoquer la corrosion du métal par piqûre.
Il est possible de se procurer ces garnitures pulvérulentes dépourvues de l’élément chlore mais leur coût est beaucoup plus élevé.
D’une manière générale donc, pour toute barrière thermiquement isolante comprenant une enveloppe perméable au gaz et comportant une garniture pulvérulente choisie parmi les silices pyrogénées, les aérogels de silice et leur mélange avec une petite quantité de chlore, un phénomène de corrosion des structures extérieures en métal est susceptible d’être observé. Ce phénomène de corrosion, qui fragilise la membrane d’étanchéité, est donc très dommageable selon la technologie utilisée, notamment pour les cuves étanches et thermiquement isolantes pour le stockage et/ou le transport d’un liquide.
Il convient donc de manière générale de résoudre ce problème de corrosion sans nuire aux performances d’isolation thermique de la barrière isolante, et ainsi mettre au point des cuves intégrant des barrières d’isolation thermique perméables au gaz dont la garniture calorifuge est à base de silices pyrogénées, d’aérogels de silice et les mélanges de ceux-ci, et dont les structures extérieures en métal sensibles à de faibles concentrations de chlore ne se corrodent plus.
Il convient plus spécifiquement de perfectionner la barrière thermiquement isolante des cuves de stockage d’un liquide, comme par exemple divulguée dans FR3075918, pour pallier aux inconvénients de la corrosion observée sur les membranes d’étanchéités en métal sensibles à de faibles concentrations de chlore, comme par exemple les alliages de fer et de nickel, plus précisément l’alliage de fer (64%) et de Nickel (36%) dénommé INVAR®.
Il est connu par ailleurs dans le domaine des matériaux de protection ou d’isolation thermique comprenant des silices pyrogénées les documents qui suivent.
Le document WO-A-2014184393 décrit une composition comprenant 40 à 93% de silice pyrogénées ou d’aérogel de silice et 5 à 50% de particules ayant une surface spécifique, déterminée par BET, inférieure ou égal à 100 m2/g. Ces particules sont sélectionnées parmi une grande liste de produits et sont choisies pour leur rôle de piégeur de molécules gazeuses afin de retarder la remontée de la pression interne et ainsi conserver la performance optimale d’isolation. La taille des particules de silice pyrogénées est comprise entre 5 nm et 50 nm. La taille des particules d’aérogel de silice est comprise entre 2 nm et 50 nm ou entre 50 nm et 2000 nm selon le procédé de fabrication. Les particules ayant une surface spécifique, déterminée par BET, inférieure ou égal à 100 m2/g, présente alternativement une surface spécifique inférieure ou égale 50 m2/g, alternativement inférieure ou égale à 30 m2/g. La composition est utilisée pour la fabrication de panneaux isolant sous vide (PIV) lesquels sont utilisés dans la construction de nouveaux bâtiments et pour l'isolation de bâtiments préexistants en tant qu'isolant dans des appareils de réfrigération et pour l'isolation de tuyaux et / ou de machines dans l'industrie.
Le document KR-A-20130067712 divulgue un matériau isolant ignifuge comprenant 35% à 99,5% en poids de silice pyrogénée ayant une structure microporeuse, 0,3 à 25% en poids d’un raidisseur et 0,2% à 55% en poids d’une charge résistante à la chaleur. Le raidisseur est choisi parmi les fibres de verre, les fibres de céramiques, les fibres de carbone, les fibres de quartz et leur mélange. La charge résistante à la chaleur peut être du carbure de silicium, du silicate de zirconium, du graphite, du métakaolin, du dioxyde de titane, de la pyrophillite, de la vermiculite, de la perlite, du silicate de calcium et leur semblable.
Le document JP-A-2013104491 a trait au domaine des procédés de fabrication de matériau isolant sous vide. Une poudre est scellée dans un matériau d’emballage imperméable aux gaz sous une pression réduite notamment pour les immeubles ou les congélateurs ou les réfrigérateurs. Il est indiqué que la poudre est de la silice pyrogénée dont la taille moyenne des particules primaires est comprise entre 5 et 100 nm et dont la teneur en eau est inférieure à 1% en masse. De plus la poudre peut contenir un composant adsorbant de gaz et d’humidité tel qu’une zéolithe synthétique, du carbone activé, de l’alumine activée, un gel de silice, de la dawsonite, de l’hydrotalcite, et des particules d’adsorbent chimique tel que les oxydes et les hydroxydes de métaux alcalins et de métaux alcalino-terreux.
Résumé
La présente invention vise par conséquent de manière générale à diminuer voire à supprimer le phénomène de corrosion de la membrane d’étanchéité métallique d’une cuve étanche intégrant une pluralité de blocs modulaires thermiquement isolant et comprenant une garniture calorifuge principalement à base de silices pyrogénées, d’aérogels de silices et leurs mélanges.
Plus particulièrement, la présente invention vise à diminuer voire à supprimer le phénomène de corrosion de la membrane d’étanchéité d’une cuve étanche et thermiquement isolante, comprenant une pluralité de blocs modulaires perméables au gaz, et destinée à stocker un liquide choisi parmi le Gaz Naturel Liquéfié, le gaz de pétrole Liquéfié, le méthane liquide, l’éthane liquide, le propane liquide, l’argon liquide et l’hydrogène liquide.
Un premier objet selon la présente invention concerne un bloc modulaire thermiquement isolant pour l'isolation d'une cuve étanche de stockage d’un liquide, le bloc modulaire comprenant une garniture calorifuge , la garniture calorifuge comprenant un matériau isolant pulvérulent comportant un composant principal choisi parmi les silices pyrogénées, les aérogels de silice et les mélanges de ceux-ci et au moins un composé échangeur d’anion apte à capter l’anion chlorure en échange de la libération d’au moins un autre anion, le composé échangeur d’anion étant sous la forme d’une poudre mélangée au matériau isolant pulvérulent, la garniture calorifuge n’étant pas enfermée dans une enveloppe étanche au gaz.
La garniture calorifuge peut également comporter des fibres, par exemple des fibres de verre ou des fibres de carbone. La garniture calorifuge peut également contenir des agents opacifiant aux infrarouges tels que SiC, TiO2, graphite ou noir de carbone. La garniture calorifuge peut également contenir des charges telles que la perlite afin de limiter le tassement de la garniture calorifuge, notamment en cas d’immersion accidentelle par le gaz liquéfié.
Les définitions suivantes permettent de mieux comprendre la portée de la divulgation.
Par « bloc modulaire » on entend une entité solide autoporteuse, comme un caisson ou un panneau rigide, et pouvant être agencée selon le besoin et le nombre souhaité. La géométrie peut être diverse, cylindrique, parallélépipèdique ou autre.
Par « matériau isolant pulvérulent » on entend toute composition sous forme de poudre et qui empêche la déperdition de la chaleur. Une telle poudre peut être conditionnée en vrac, légèrement pressée dans un contenant rigide ou dans une enveloppe souple, ou bien pressée et densifiée sous forme de blocs ou panneaux suffisamment autoporteurs pour être manipulés. Une telle poudre peut aussi être conditionnée au sein d’une enveloppe souple qui est elle-même inséré dans un contenant rigide formant un panneau autoporteur apte à être manipulé. Par exemple, une telle poudre peut être conditionnée à une densité comprise entre 80 kg/m3et 500 kg/m3selon l’application envisagée et les propriétés mécaniques recherchées.
Par « composé échangeur d’anion apte à capter l’anion chlorure » on entend tout composé chimique sous la forme d’une poudre présentant un groupement OH-ou CO3 2−et ayant la capacité d’échanger un anion compris dans sa structure avec un autre anion chlorure présent dans la garniture calorifuge. On peut citer par exemple les argiles, les composés hydroxydes doubles lamellaires (HDL), l’hydrotalcite de synthèse, les polymères réticulés échangeur d’ion et leurs mélanges. Les composés HDL sont des composés solides formés d’un empilement de feuillets contenant des cations métalliques entre lesquels peuvent s’intercaler des espèces anioniques et des molécules d’eau. Leur structure est basée sur celle de la brucite Mg(OH)2, dans laquelle une partie des ions divalents est aléatoirement substituée des ions trivalents, conférant ainsi au plan d’octaèdres un excès charge positive. Afin d’assurer la neutralité électrique globale, cet excédent de charge est compensé par les charges négatives d’anions intercalés dans les espaces inter-feuillets. Les HDLs employés ici peuvent comprendre des formes hydratées et déshydratées. Le composé échangeur d’anion peut être aussi apte à capter un autre halogène ionique, par exemple le fluor dont les propriétés physiques sont proches de celles du chlore.
Par « membrane d’étanchéité » on entend un film mince ou une feuille d’un matériau constitué de métaux ou d’alliage de métaux permettant d’étanchéifier la cuve vis à vis du liquide. On peut citer par exemple l’INVAR®.
Par « particules ayant une taille apparente moyenne » on entend que les particules ont une distribution granulométrique dont la valeur moyenne est ainsi définie.
Par « proportion massique » on entend pourcentage massique (%m) pour désigner la proportion en masse du composant dans le mélange total.
Par « fraction volumique » on entend le volume du composant divisé par la somme des volumes de tous les composants du mélange.
Par « enveloppe perméable au gaz » on entend des matériaux rigides ou semi-rigides ou souples définissant un espace fermé. Des exemples de ces matériaux perméables au gaz sont par exemples le bois, les matériaux amortissants, les matériaux textiles, les matériaux composites comme de la feuille de fibre de verre, de la feuille de fibres polymères, le contreplaqué, le carton compressé. Des exemples non limitatifs d’enveloppes comprenant une armature rigide se trouvent notamment dans les documents FR-A-2867831, WO-A-2013017773 et WO-A-2014020257.
Dans un mode de réalisation, le bloc modulaire thermiquement isolant comprend une enveloppe perméable au gaz définissant au moins un compartiment, la garniture calorifuge étant disposée dans ledit compartiment.
Dans un mode de réalisation, le matériau isolant pulvérulent ne comprend pas ou peu de liant tel qu’un polymère adhésif.
Dans une mode de réalisation, la proportion de liant utilisée pour conditionner la garniture calorifuge est inférieure à 12 % en masse de la garniture calorifuge. Par exemple de 0,3 à 12 %. Une quantité supérieure entrainerait une dégradation des performances de l’isolation thermique du bloc modulaire.
Dans un mode de réalisation, le composé échangeur d’anion est hydraté et comprend des molécules d’eau.
Dans un mode de réalisation, le composé échangeur d’anion est choisi parmi les argiles, les composés hydroxydes doubles lamellaires (HDL), l’hydrotalcite de synthèse (magnésium-aluminium hydroxycarbonate, de composition chimique Mg6Al2(OH)16CO34H2O), les polymères réticulés échangeurs d’anion contenant l’anion échangeable OH- ou CO32-, par exemple l’échangeur d’ions III (code produit 104767 de MERCK®) et leurs mélanges.
Dans un mode de réalisation, le composé échangeur d’anion présente un groupement choisi parmi l’ion hydroxyde (OH-) et l’ion carbonate (CO3 2-).
Dans un mode de réalisation, le composé d’HDL est de formule [MII 1-xMIII x(OH)2]x+[Am- x /m.nH2O]x-, dans laquelle MII et MIII sont respectivement des cations di- et trivalents du feuillet et A désigne une espèce anionique interfoliaire.
A peut être tout anion susceptible de s’échanger avec l’anion chlorure présent dans la garniture calorifuge. De préférence A ne sera pas un anion halogène ni un anion sulfure.
Dans un mode de réalisation, l’espèce anionique A du composé d’HDL est choisie parmi l’ion hydroxyde (OH-) et l’ion carbonate (CO3 2-).
On peut citer à titre d’exemple différents types de minéraux d’HDL convenant selon l’invention :
Hydrotalcite de formule Mg6Al2(OH)16CO3, 4H2O (structure type rhomboédrique)
Manasseite de formule Mg6Al2(OH)16CO3, 4H2O (structure type hexagonal)
Meixnerite de formule Mg6Al2(OH)18, 4H2O
Pyroaurite de formule Mg6Fe2(OH)16CO3, 4H2O (structure type rhomboédrique)
Sjogrenite de formule Mg6Fe2(OH)16CO3, 4H2O (structure type hexagonal)
Coalingite de formule Mg10Fe2(OH)24CO3, 2H2O
Stichtite de formule Mg6Cr2(OH)16CO3, 4H2O (structure de type rhomboédrique)
Barbertonite de formule Mg6Cr2(OH)16CO3, 4H2O (structure de type hexagonale)
Takovite de formule Ni6Cr2(OH)16CO3, 4H2O
Reevesite de formule Ni6Fe2(OH)16CO3, 4H2O
Desautelsite de formule Mg6Mn2(OH)16CO3, 4H2O.
Dans un mode de réalisation, le composé échangeur d’anion sera choisi parmi l’hydrotalcite de synthèse (voir exemple 1), un polymère réticulé (voir exemple 2), et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation, le composé échangeur d’anion se présente sous la forme de particules ayant une taille apparente moyenne comprise entre 1 µm et 50 µm, de préférence entre 1 µm et 25 µm et plus avantageusement entre 1 et 10µm.
Selon un mode de réalisation, la proportion massique de le composé échangeur d’anion représente entre 1% et 30% en masse de la garniture calorifuge, de préférence entre 5% et 20% en masse de la garniture calorifuge.
Selon un mode de réalisation, la fraction volumique occupée par le composé échangeur d’anion au sein de la garniture calorifuge est inférieure à 5%, de préférence inférieure à 1%.
Selon un mode de réalisation, l’enveloppe comprenant une armature rigide incluant un panneau de fond, un panneau de couvercle et des éléments d’espacement maintenant le panneau de fond et le panneau de couvercle parallèlement à distance l’un de l’autre pour reprendre un effort de pression, les éléments d’espacement du bloc modulaire peuvent être réalisés de diverses manières.
Dans un mode de réalisation, les éléments d’espacement du bloc modulaire comportent des parois latérales disposées sur des bords du panneau de fond et du panneau de couvercle, des cloisons internes s’étendant entre deux bords opposés du panneau de fond et entre deux bords opposés du panneau de couvercle et/ou des piliers porteurs, notamment des piliers porteurs de petite section, distribués sur une surface interne du panneau de fond et du panneau de couvercle.
Un second objet selon l’invention consiste en une cuve étanche et thermiquement isolante comportant au moins une barrière thermiquement isolante et une membrane d’étanchéité reposant contre ladite barrière thermiquement isolante et dans laquelle la barrière thermiquement isolante comporte une pluralité de blocs modulaires précités.
Dans un mode de réalisation du second objet selon l’invention, la membrane d’étanchéité est en alliage d’acier au nickel à faible coefficient de dilatation thermique, c’est-à-dire un coefficient de dilatation thermique linéaire (en longueur) de 20°C à 90°C inférieur ou égal à 2,0 × 10−6K−1, avec K représentant le Kelvin. D’une manière préférentielle, la membrane d’étanchéité est de l’INVAR®, plus précisément un alliage de fer (64%) et de Nickel (36%).
Dans un mode de réalisation particulier, ladite barrière thermiquement isolante est une barrière isolante secondaire et ladite membrane d’étanchéité est une membrane d’étanchéité secondaire, la cuve comportant en outre une barrière thermiquement isolante primaire reposant contre la membrane d’étanchéité secondaire et une membrane d’étanchéité primaire reposant contre ladite barrière isolante primaire et destinée à être en contact avec le fluide contenu dans la cuve.
Dans un autre mode de réalisation particulier, ladite barrière thermiquement isolante est une barrière isolante primaire et ladite membrane d’étanchéité est une membrane d’étanchéité primaire destinée à être en contact avec le fluide contenu dans la cuve, la cuve comportant en outre une membrane d’étanchéité secondaire contre laquelle repose la barrière thermiquement isolante primaire et une barrière isolante secondaire contre laquelle repose la membrane d’étanchéité secondaire.
Dans un mode de réalisation, la cuve étanche et thermiquement isolante est destinée à stocker un liquide choisi parmi le Gaz Naturel Liquéfié, le gaz de pétrole Liquéfié, le méthane liquide, l’éthane liquide, le propane liquide, l’argon liquide et l’hydrogène liquide.
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. Dans le cas d’un ouvrage flottant, la cuve peut être destinée au transport de gaz liquéfié ou à recevoir du gaz liquéfié servant de carburant pour la propulsion de l’ouvrage flottant, par exemple dans tout type de navire.
Selon un mode de réalisation, un navire pour le transport d’un produit liquide 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 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, 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 produit liquide à travers les canalisations isolées depuis ou vers l’installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.
Brève description des figures
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, parmi lesquelles:
est une vue partielle écorchée d’une paroi de cuve étanche comprenant des blocs modulaires calorifuges présentant une enveloppe rigide en bois.
est une représentation schématique en perspective d’un bloc modulaire calorifuge qui peut être inclus dans la paroi de cuve de la figure 1 et qui comporte des piliers.
est une vue en perspective d’un éléments modulaires de coffrage avec une pluralité de plots d’ancrage et une structure porteuse intégrant des blocs modulaires calorifuges.
est une vue en perspective similaire, similaire à la figure 3, dans laquelle les éléments modulaires de coffrage ont été retirés et des isolants de jonction ont été ajoutés.
est un schéma en coupe du montage complet avec échantillon correspondant au test de la réduction de la corrosion de l’INVAR® décrit dans l’exemple 4.
est une représentation schématique écorchée d’une cuve de navire méthanier et d’un terminal de chargement/déchargement de cette cuve.
En se référant à la figure 1, on voit une zone de la double coque du navire désignée par le chiffre 1. La paroi de cuve est composée successivement dans son épaisseur d’une barrière isolante secondaire 2 qui est formée de blocs modulaires 3 juxtaposés sur la double coque 1 et retenus sur celle-ci par des organes de retenue secondaires 4; puis d’une membrane étanche secondaire 5 portée par les blocs modulaires 3; puis d’une barrière isolante primaire 6 formée par des bloc modulaires 7 juxtaposés et retenus sur la membrane étanche secondaire 5 par des organes de retenue primaires 8 eux-mêmes fixés aux organes de retenue secondaires 4 et, enfin, d’une membrane étanche primaire 9 portée par les blocs modulaires 7. D’autres détails sur la structure des blocs modulaires 3 et 7 peuvent être trouvés dans la publication FR-A-2867831.
Une garniture calorifuge, non représentée, conditionnée dans des sacs souples ou conditionnée sous la forme de blocs compactés, remplit l’espace intérieur des blocs modulaires 3 et est constituée d’un mélange d’un matériau isolant pulvérulent comportant un composant principal choisi parmi les silices pyrogénées, les aérogels de silice et les mélanges de ceux-ci et d’au moins un composé échangeur d’anion. Le composé échangeur d’anion consiste en un composé HDL et/ou un polymère réticulé échangeur d’anion contenant l’anion échangeable OH-ou CO3 2-, par exemple le polymère réticulé échangeur d’ions III (code produit 104767 de MERCK®).
En se référant à la figure 2, selon un autre mode de réalisation, le bloc modulaire 53 comporte un panneau de fond 54 sur lequel sont fixées des semelles de répartition 55. Une rangée de piliers 56 et 60 s’appuie et est fixée à chaque fois sur une semelle de répartition 55 correspondante. En particuliers, les piliers 57 de chaque rangée de pilier 56 ou 60 s’étendent selon l’épaisseur du bloc modulaire 53 et donc selon une direction perpendiculaire à la paroi porteuse 1. Les piliers 57 présentent une section pleine rectangulaire. Chaque rangée de piliers 56 ou 60 est parallèle par rapport à un côté latéral 58 du bloc modulaire 53. Les rangées de piliers portent un panneau de couvercle renforcé 59. Les piliers 57 permettent notamment la transmission des contraintes exercées sur le panneau de couvercle 59 à la paroi 1 et ont une fonction de résistance à la compression. D’autres détails sur la structure du bloc modulaire 53 peuvent être trouvés dans la publication WO-A-2014020257.
Une garniture calorifuge, non représentée, conditionnée dans des sacs souples ou conditionnée sous la forme de blocs compactés, remplit l’espace entre les piliers 57 et est constituée d’un mélange d’un matériau isolant pulvérulent comportant un composant principal choisi parmi les silices pyrogénées, les aérogels de silice et les mélanges de ceux-ci et d’au moins un composé échangeur d’anion.
En se référant à la figure 3, il est décrit l’intégration d’un bloc modulaire thermiquement isolant dans une paroi de cuve étanche et thermiquement isolante selon un mode de réalisation. De telles parois étanches permettent de réaliser une enceinte de confinement ou cuve pour emmagasiner et/ou transporter un fluide cryogénique, tel qu'un gaz liquéfié, par exemple du méthane. Des plots d'ancrage 11, également appelés coupleurs, sont régulièrement positionnés et fixés sur une structure porteuse 12 externe. Cette structure porteuse 12 peut notamment être une tôle métallique autoporteuse ou plus généralement tout type de cloison rigide présentant des propriétés mécaniques appropriées, telle qu'un mur de béton dans une construction terrestre. Des éléments modulaires 13 de coffrage sont disposés contre la structure porteuse 12 entre les plots d'ancrage 11. Les éléments modulaires 13 de coffrage présentent ainsi une forme en saillie, vers l'intérieur, par rapport au plan de la structure porteuse 12. Les éléments modulaires de coffrage 13 forment, avec les plots d'ancrage 11 et la structure porteuse 12, une pluralité de compartiments. Les compartiments présentent un côté ouvert à l'opposé de la structure porteuse 12. Les éléments modulaires 13 de coffrage sont des poutres longitudinales disposées perpendiculairement les unes aux autres de sorte à former des compartiments présentant la forme de quadrilatères à angles droits. Les éléments modulaires 13 de coffrage peuvent être équipés d'organes de fixation libérables permettant de les fixer à la structure porteuse 12 et/ou aux plots d'ancrage 11. Les compartiments sont ensuite remplis par des panneaux compressés d’une garniture calorifuge 15 à travers le côté ouvert des compartiments afin de former une pluralité de secteurs isolants en garniture calorifuge compressée 15. Les compartiments définissent donc un gabarit pour la réalisation desdits secteurs isolants 15.
Dans un mode de réalisation, des fibres courtes, telles que des fibres de verre, sont mélangés avec le matériau isolant pulvérulent avant la formation des panneaux compressés. Dans ce mode de réalisation, les panneaux compressés comprennent une garniture calorifuge incluant en plus du matériau isolant pulvérulent des fibres.
La garniture calorifuge, non représentée, remplie les compartiments et est constituée d’un mélange d’un matériau isolant pulvérulent comportant un composant principal choisi parmi les silices pyrogénées, les aérogels de silice et les mélanges de ceux-ci et d’au moins un composé échangeur d’anion.
Lorsque les éléments modulaires 13 de coffrage sont retirés, les secteurs isolants en garniture calorifuge compressée 15 sont séparés par des interstices formés par le retrait des éléments de coffrage.
Afin d'assurer une continuité de l'isolation thermique, lesdits interstices entre les secteurs isolants en garniture calorifuge compressée 15 sont garnis d'éléments isolants de jonction 18 représenté figure4. Les éléments isolants de jonction 18 sont en outre disposés, à température ambiante, sous contrainte de compression entre les secteurs isolants en garniture calorifuge compressée 15. Ainsi, lesdits éléments isolants de jonction 18 sont aptes à se détendre et combler le jeu entre les secteurs isolants en garniture calorifuge compressée 15 lorsque ceux-ci se contractent sous l'effet de basses températures. Selon un mode de réalisation, les éléments isolants 18 de jonction sont des bandes réalisées dans un matériau souple tel que la laine de verre, l'ouate de polyester, les mousses de polyuréthane (PU), de mélamine, de polyéthylène (PE), de polypropylène (PP) ou de silicone. La largeur de ces bandes est déterminée de telle sorte que, à température ambiante, elles subissent une contrainte de compression entre les secteurs isolants en garniture calorifuge compressée 15.
On décrira ci-dessous la composition ainsi que le procédé de préparation de la garniture calorifuge destinée à former le bloc modulaire thermiquement isolant.
La garniture calorifuge est réalisée à partir d’un matériau isolant pulvérulent comprenant les silices pyrogénées hydrophobes, les aérogels de silice et les mélanges de ceux-ci et d’au moins un composé échangeur d’anion.
Les silices pyrogénées hydrophobes sont disponibles par exemple soit sous la référence commerciale AEROSIL R974 ou soit sous la référence commerciale AEROSIL R812S produites par la société Evonik.
Les aérogels de silice sont disponibles par exemple sous la référence commerciale P100 produite par Cabot Corporation et sont broyés à une granulométrie inférieure à 100 μm.
La garniture calorifuge peut comprendre en outre une charge granulaire constituée de petites perlites expansées disponibles sous la référence commerciale CR615 produite par la société KD One Co. ou constituée de microsphères de verre disponibles sous la référence commerciale Glass Bubble K1 produite par la société 3M ou d’un aérogel granulaire de silice, compatible avec l’azote liquide, connu sous la référence commerciale P400 produite par Cabot Corporation.
Exemple 1: Préparation du composé échangeur d’anion de type hydrotalcite
Le composé échangeur d’anion est obtenu chez Sigma Aldrich®. Il s’agit d’une poudre blanche d’hydrotalcite synthétique, code produit 652288, de poids moléculaire 603,98 g/mol. Sa densité est 2,06 et sa granulométrie est comprise entre 1 et 5 μm.
Exemple 2: Préparation du composé échangeur d’anion de type polymère
Le composé échangeur d’anion est une résine échangeuse d’ion obtenue chez Sigma Aldrich® sous la référence produit 104767 et est nomméEchangeur d’ions III (échangeur d’anion fortement basique, forme OH - ) pour analyse. Il s’agit d’une poudre d’un polymère réticulé dont la masse volumique est 650-700kg/m3. Sa granulométrie est comprise entre 496 et 674 μm.
Le polymère est placé dans un broyeur à impacts de type 70 ZPS à 16000 tours par minute et dont le sélecteur est réglé à 8000 tours par minute pour un débit de circulation d’air à 80 m3/h.
Le tableau suivant donne les résultats de la granulométrie de la poudre avant et après broyage, mesurée par un appareil «Mastersizer3000» de marque Malvern.
«DXX(v) = A» signifie que la proportion volumique XX% de la distribution des particules présente un diamètre inférieur à A µm.
On obtient une poudre présentant une granulométrie comprise entre 1 et 50 μm, avec seulement 10% des particules présentant un diamètre supérieur à 19,6 μm.
Exemple 3: Préparation des garnitures pyrogénées anticorrosives avec échangeur d’anion chlorure
La silice pyrogénée hydrophobe utilisée est de deux types:
- la silice obtenue sous la référence AEROSIL® R974 chez Evonik Resource Efficiency GmbH de granulométrie inférieure à 200 µm.
- la silice obtenue sous la référence HDK®H30 obtenue chez Wacker Chemie AG, qui présente une granulométrie inférieure à 200 µm.
La Silice pyrogénée hydrophobe est mélangée à l’hydrotalcite ou à la résine échangeuse d’ion broyée comme indiquée dans le tableau 2.
Exemple 4 : Test de la réduction de la corrosion de l’INVAR® par des silices pyrogénées par ajout d’un échangeur d’anion
L’alliage INVAR® est obtenu chez APERAM IMPHY sous forme de bandes laminées à chaud faisant 0,7 mm d’épaisseur.
D’une bande, on prélève des éprouvettes de longueur 65 mm et largeur 31,5 mm. Les éprouvettes sont sans défauts d’état de surface. Afin de les nettoyer, on les immerge dans de l’éthanol à 95% durant 15 minutes avec application d’ultrasons. Puis on sèche les lames sous air comprimé sec filtré.
Les différentes expériences indiquées dans le tableau 2 suivant sont effectuées.
Le protocole de vieillissement accéléré suivant est appliqué. Les conditions de vieillissement accéléré consistent en une température de 55°C et une humidité ambiante de 95%HR.En se référant à la figure 5, le porte échantillon comprend un flacon 63, un bouchon percé 64 comprenant une lèvre de bouchon 65, un filtre 66, une éprouvette d’INVAR® 67 et la poudre 68.
L’échéance de prélèvement de chaque référence de poudre testée se fait à 100h, 250h, 500h et 1000h.
Quatre éprouvettes d’INVAR® par référence sont testées (une pour chaque durée).
A chaque prélèvement, la lame d’invar est retirée du porte échantillon et nettoyée des traces de poudre résiduelles par jet d’air comprimé, puis conservée sous vide pour stopper la corrosion.
Pour chaque campagne une série d’éprouvettes «Référence» est ajoutée. Elles consistent en des lames d’INVAR® placées dans des portes échantillon sans poudre.
L’immersion des lames d’INVAR® dans les mélanges indiqués dans le tableau 2 ci-dessus a donné les résultats de la quantification des taux surfaciques de corrosion présentés dans les tableaux 3 et 4.
[Tableau 3] : Test de l’hydrotalcite
*Un point de corrosion localisé
[Tableau 4] : Test de l’échangeur d’anion basique broyé de type polymère
En conclusion, ce test a démontré la suppression de la corrosivité des silices pyrogénées pour une éprouvette d’INVAR® par ajout en mélange d’un échangeur d’ions préchargé en OH-.
Les blocs isolants décrits ci-dessus peuvent être utilisés dans différents types de réservoirs, par exemple pour constituer une barrière isolante primaire ou secondaire d’un réservoir de GNL dans une installation terrestre ou dans un ouvrage flottant comme un navire méthanier ou autre. Dans un mode de réalisation préféré, la barrière thermiquement isolante dans laquelle sont utilisés les blocs isolants modulaires est maintenue en dépression pendant l’exploitation du réservoir, c’est-à-dire qu’un vide partiel est créé par exemple dans l’espace situé entre la paroi porteuse et la membrane secondaire ou entre la membrane secondaire et la membrane primaire pour améliorer encore l’isolation thermique.
En se référant à la figure 6, le terminal de chargement/déchargement de la cuve d’un navire méthanier comporte 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 œuvre 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.
Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèse ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication
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.
Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication.

Claims (21)

  1. Bloc modulaire thermiquement isolant (3, 7) pour l'isolation d'une cuve étanche de stockage d’un liquide, le bloc modulaire (3, 7) comprenant une garniture calorifuge, la garniture calorifuge comprenant un matériau isolant pulvérulent comportant un composant principal choisi parmi les silices pyrogénées, les aérogels de silice et les mélanges de ceux-ci et au moins un composé échangeur d’anion apte à capter l’anion chlorure en échange de la libération d’au moins un autre anion, le composé échangeur d’anion étant sous la forme d’une poudre mélangée au matériau isolant pulvérulent,
    la garniture calorifuge n’étant pas enfermée dans une enveloppe étanche au gaz.
  2. Bloc modulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé échangeur d’anion présente un groupement choisi parmi OH-et CO3 2-.
  3. Bloc modulaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le composé échangeur d’anion est choisi parmi les argiles, les composés hydroxydes doubles lamellaires, l’hydrotalcite de synthèse et les polymères réticulés contenant l’anion échangeable OH-ou CO3 2-et leurs mélanges.
  4. Bloc modulaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que le composé hydroxyde double lamellaire est de formule [MII 1-xMIII x(OH)2]x+[Am- x /m.nH2O]x-, dans laquelle MIIet MIIIsont respectivement des cations di- et trivalents du feuillet et A désigne une espèce anionique interfoliaire.
  5. Bloc modulaire selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le composé échangeur d’anion se présente sous la forme de particules ayant une taille apparente moyenne comprise entre 1 µm et 50 µm.
  6. Bloc modulaire selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la proportion massique du composé échangeur d’anion représente entre 1% et 30% en masse de la garniture calorifuge, de préférence entre 5% et 20% en masse de la garniture calorifuge.
  7. Bloc modulaire selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la fraction volumique occupée par le composé échangeur d’anion au sein de la garniture calorifuge est inférieure à 5%.
  8. Bloc modulaire selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le bloc modulaire comprend une enveloppe perméable au gaz définissant au moins un compartiment, la garniture calorifuge étant disposée dans ledit compartiment.
  9. Bloc modulaire selon la revendication 8, dans lequel l’enveloppe perméable au gaz comprend une armature rigide incluant un panneau de fond, un panneau de couvercle et des éléments d’espacement maintenant le panneau de fond et le panneau de couvercle parallèlement à distance l’un de l’autre pour reprendre un effort de pression.
  10. Bloc modulaire selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments d’espacement comportent des parois latérales disposées sur des bords du panneau de fond et du panneau de couvercle.
  11. Bloc modulaire selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments d’espacement comportent des cloisons internes s’étendant entre deux bords opposés du panneau de fond et entre deux bords opposés du panneau de couvercle.
  12. Bloc modulaire selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments d’espacement comportent des piliers porteurs (57).
  13. Bloc modulaire selon l’une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la garniture calorifuge comporte des fibres.
  14. Cuve étanche et thermiquement isolante comportant au moins une barrière thermiquement isolante (2, 6) et une membrane d’étanchéité (5, 9) métallique reposant contre ladite barrière thermiquement isolante et dans laquelle la barrière thermiquement isolante comporte une pluralité de blocs modulaires (3, 7) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13.
  15. Cuve selon la revendication 14, dans laquelle la membrane d’étanchéité (5, 9) est en alliage d’acier au nickel ayant un coefficient de dilatation thermique linéaire de 20°C à 90°C inférieur ou égal à 2,0 × 10−6K−1.
  16. Cuve étanche et thermiquement isolante selon la revendication 14 ou 15, dans laquelle ladite barrière thermiquement isolante est une barrière isolante secondaire (2) et ladite membrane d’étanchéité est une membrane d’étanchéité secondaire (5), la cuve comportant en outre une barrière thermiquement isolante primaire (6) reposant contre la membrane d’étanchéité secondaire et une membrane d’étanchéité primaire (9) reposant contre ladite barrière isolante primaire et destinée à être en contact avec le fluide contenu dans la cuve.
  17. Cuve étanche et thermiquement isolante selon la revendication 14 ou 15, dans laquelle ladite barrière thermiquement isolante est une barrière isolante primaire (6) et ladite membrane d’étanchéité est une membrane d’étanchéité primaire (9) destinée à être en contact avec le fluide contenu dans la cuve, la cuve comportant en outre une membrane d’étanchéité secondaire (5) contre laquelle repose la barrière thermiquement isolante primaire et une barrière isolante secondaire (2) contre laquelle repose la membrane d’étanchéité secondaire.
  18. Cuve étanche et thermiquement isolante selon l’une des revendications 14 à 17, destinée à stocker un liquide choisi parmi le Gaz Naturel Liquéfié, le gaz de pétrole Liquéfié, le méthane liquide, l’éthane liquide, le propane liquide, l’argon liquide et l’hydrogène liquide.
  19. Navire (70) pour le transport d’un liquide, le navire comportant une double coque (72) et une cuve (71) selon l’une des revendications 14 à 18 installée dans la double coque.
  20. Système de transfert pour un liquide, le système comportant un navire (70) selon la revendication 19, 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 liquide à travers les canalisations isolées depuis ou vers l’installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.
  21. Procédé de chargement ou déchargement d’un navire (70) selon la revendication 20 dans lequel on achemine un liquide à travers des canalisations isolées (73, 79, 76, 81) depuis ou vers une installation de stockage flottante terrestre (77) vers ou depuis la cuve (71) du navire.
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