WO2010055244A1 - Navire ou support flottant equipe d'un dispositif d'attenuation des mouvements de carenes liquides - Google Patents

Navire ou support flottant equipe d'un dispositif d'attenuation des mouvements de carenes liquides Download PDF

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WO2010055244A1
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    • F17C2270/0102—Applications for fluid transport or storage on or in the water
    • F17C2270/011—Barges
    • F17C2270/0113—Barges floating

Definitions

  • the present invention relates to a device for attenuating free surface movements in tanks of transport or bulk storage vessels.
  • cryogenic transport vessels either of GN L or liquid methane, or other gases maintained in the liquid state at very low temperature, such as propane, butane, ethylene, or any other gas. density less than water in the liquefied state, transported in very large quantities in the liquid state and substantially at atmospheric pressure.
  • Liquefied gases transported at a pressure close to atmospheric pressure must be cooled at low temperature to remain in the liquid state. They are then stored in very large tanks, either spherical or cylindrical, preferably of polygonal cross section, in particular substantially parallelepipedic, said reservoirs being very strongly thermally insulated so as to limit the evaporation of the gas and maintain the steel of the structure of the structure. ship at a permissible temperature. Vessels generally travel either fully loaded (85-95%) or with a small amount of bottom-bottom gas (3-10%) in order to keep tanks and insulation systems permanently cold. to allow their loading more quickly, thus avoiding the need for a progressive cold setting therefore slow and consuming operational time.
  • the contents of the tanks behave like liquid hulls and wave-like phenomena known as "sloshing" or choppy, can appear and become very violent inside the tank, especially when they break on the vertical walls of the tank and in particular also in the trihedron formed by the junction of two vertical walls and the ceiling or the floor of said tank. These phenomena are particularly sensitive because these liquids have viscosities lower than that of water.
  • the problem according to the present invention is to mitigate, or even to prevent the occurrence of wave breaking phenomena of "sloshing" type in the tanks of ships carrying or storing liquefied gas, in particular liquid methane. or "GN L".
  • GN L liquid methane
  • methane methane
  • Gaseous methane the gaseous state
  • the present invention provides a vessel or floating support for transport or storage of liquid comprising at least one large vessel, said liquid consisting of a liquefied gas, preferably selected from methane, ethylene, propane and butane, cooled in said large tank, said large tank having its length arranged in the longitudinal direction XX 'of the vessel and being, preferably cylindrical with a cross section, at least partially of polygonal section of axis in the longitudinal direction XX' of the vessel, thermally insulated large dimension with at least its smallest dimension in the horizontal direction, in particular its width, greater than 20m preferably 25 to 50m and a volume greater than 10,000m3 characterized in that said reservoir is equipped with at least one device for attenuating movements of said liquid, comprising means for displacing said liquid of liquefied gas within said reservoir to form a horizontal current just below the free surface of said liquefied gas at least locally to a depth of at least 0.5 meters, preferably at least 2m.
  • a liquefied gas preferably selected from me
  • said means for moving said liquefied gas liquid within said reservoir creates a displacement of said liquefied gas in a direction not parallel to said longitudinal axial direction of the vessel, preferably in a perpendicular transverse direction YY to said longitudinal axial direction XX 'of the vessel.
  • said liquefied gas in displacement makes it possible to form a said horizontal current below the free surface of said liquefied gas in a direction not parallel to the longitudinal axial direction of the tank, preferably respectively in a horizontal transverse direction perpendicular to the axial longitudinal direction of the vessel.
  • the means for moving the liquefied gas create a movement of liquefied gas in a direction diagonally from one of the angles of said vessel and oriented towards a vertical axis at mid-length of the longitudinal axis of said vessel.
  • Said means for moving said liquid to form a horizontal current just below the surface may comprise: means for direct displacement by pumping and ejection of said pressurized liquefied gas liquid into said tank or by motor propulsion propulsion of said gas liquid liquefied in said tank, and / or
  • means for indirect displacement by reaction to a generation of a gaseous stream in the liquid of said tank namely means for injecting gaseous fluid into said liquefied gas or means for generating a gaseous stream of gas corresponding to said liquefied gas by heating and vaporizing said liquid gas, in particular by heating a resistance by Joule effect or by heating with a heat transfer fluid circulating in a pipe. It is understood that the liquid is displaced or the fluid is injected into the reservoir liquid at sufficient flow and pressure to form a said horizontal stream.
  • the creation of a horizontal flow of said liquid in the subsurface can be obtained in two ways: by means of ejection nozzles arranged just below the surface and oriented so that the liquid or fluid gas is ejected directly in the horizontal direction, or
  • the liquid or gaseous fluid is directed upwards towards the surface preferably in the vertical direction.
  • the initial updraft is at a distance from the vertical side walls of the tank, preferably about halfway between the two side walls, it can divide into two streams in two directions horizontally in opposite directions, that is to say, on both sides of the updraft. If, on the other hand, the upward flow is generated near the vertical wall, it will be deviated below the surface in a single direction towards the central zone of said tank.
  • said means for moving said liquid are fluid ejection means, said liquid or gaseous fluid being selected from a liquid fluid consisting of said liquefied gas, preferably GN L, or a gaseous fluid comprising an inert gas, preferably nitrogen, or a gas corresponding to that of said liquefied gas contained in said tank but in the gaseous state, or a mixture of both.
  • the ejection of liquid is by suction and pressurized pressure in said tank of said liquid with a pump.
  • the nozzles are mounted directly on the submerged pumps in said tank.
  • a pump is used outside the tank and the latter supplies a plurality of nozzles immersed in said tank.
  • the present invention consists in creating a movement of fluid within the vessel, the fluid in motion thus constituting a soothing fluid reducing the resonance phenomena within the vessel or preventing their occurrence.
  • This calming fluid stream may be either horizontal, or preferably vertical, then horizontal when said stream reaches the free surface of the liquefied gas within the vessel.
  • a vertical gas stream is created in said tank below the free surface of said liquefied gas, preferably from the bottom of the tank and near the side walls of the tank.
  • This embodiment is preferred because, on the one hand, it is the simplest to produce and, on the other hand, the gas bubbles introduced into the liquefied gas have the effect of making the two-phase liquid / gas mixture compressible, whereas the LNG is almost incompressible in itself.
  • the compressibility conferred on the two-phase mixture enables it to dampen or even cancel the majority of the harmful effects of breaking waves created by resonance wave phenomena, which are the most important near the sidewalls and more particularly in Angles.
  • said means for ejecting liquid or gaseous fluid comprise at least one pump outside of said tank and at least one nozzle manifold consisting of a conduit for feeding said fluid horizontally disposed below the surface of the liquid at within said tank, preferably at least one said supply line disposed near the bottom wall, said fluid supply pipe comprising a plurality of nozzles for ejecting said fluid upwards towards the surface in the vertical direction, the different successive nozzles of the same supply line being preferably spaced from each other by at least 0.5 m, more preferably from 1 to 5 m.
  • a horizontal current is created at least in the direction perpendicular to the side walls of the vessel.
  • the fluid supply conduit or conduits are arranged in the transverse direction YY 'or preferably longitudinal XX' of said tank. This creates a curtain of gas bubbles parallel to the side walls of the tank, that is to say parallel to the two opposite transverse side walls or respectively to the two opposite longitudinal side walls of the tank.
  • said fluid supply pipes are arranged in the longitudinal direction
  • a feed pipe arranged in a transverse direction YY 'near the transverse side walls of the tank, that is to say the walls at the longitudinal ends of the tank, can be advantageous near the corners of the tank.
  • tank to attenuate the movements of liquid that are important at this level. To do this, it may be limited to create a return in said transverse direction to the two opposite longitudinal ends of a said supply line disposed in the longitudinal direction of the vessel near the longitudinal side walls of the vessel.
  • said vessel comprises a plurality of said nozzle ramps arranged one below the other in the same vertical plane at different distances from the surface, preferably with a said vertical nozzle ramp disposed near the bottom wall of the said tank.
  • said vessel comprises said means for moving liquefied gas by generating a curtain of ascending gas flow, preferably said gas curtain extending in a longitudinal direction of said vessel, preferably in axial position.
  • said gas curtain generating means being selected from: a) said fluid injection means in the liquid or gaseous state with ejection nozzles preferably in a vertical direction, said gas preferably comprising nitrogen gas, and b) submerged heating means comprising a conduit through which a heat transfer fluid or a heating element by Joule effect in the form of a longitudinal element capable of heating and regasifying said liquefied gas in contact with said heating means, preferably said rectilinear element extending in the longitudinal direction or transverse of said vessel.
  • nitrogen is advantageous because it is a relatively abundant and inexpensive inert gas on the one hand and, on the other hand, it has a liquefaction temperature lower than that of liquefied gases of the methane, ethylene type, propane or butane. It is also understood that the injection of inert gas such as nitrogen into said tank is combined with means for evacuating and recirculating said inert gas, in particular as described below. During the generation of the gas curtain by injection of inert gas, it can also occur a partial regasification liquefied gas on contact, so that is evacuated and recirculated a mixture of nitrogen and said gas corresponding to the gas liquefied but in the gaseous state.
  • said gas curtain generating means comprises a localized heating means adapted to heat said liquefied gas so as to regasify said liquefied gas in contact with said heating means, the gas of said curtain gas is gas corresponding to that of the gas liquified contained in said tank.
  • the said rectilinear element may rest against or near the bottom wall of said tank or be suspended, immersed near the surface of said liquefied gas.
  • said longitudinal heating effect member joule by means of an electric cable.
  • said tank comprises means for direct displacement of liquid consisting of a suction pump and delivery of said liquefied gas by a horizontal discharge nozzle mounted on said submerged pump, or a motorized propulsion propeller, immersed in said vessel, so as to move said liquefied gas in a said horizontal direction, preferably not parallel to said longitudinal axial direction, below the surface of the liquefied gas, said pump or propeller being mounted on a float so as to remain immersed permanently substantially constant distance from the surface of said liquefied gas contained in said tank, preferably at a depth of 0.5 to 5m, more preferably said float being mounted vertically sliding on a submerged vertical support.
  • said propeller powered direct displacement means or said suction and discharge pumps are arranged in corners of said tank and are oriented to move said liquefied gas in a horizontal direction toward the central zone of the tank.
  • said tank preferably in each of the four corners of a rectangular horizontal section of said tank.
  • This embodiment makes it possible to reduce or even eliminate the strongest movements and turbulences which tend to accumulate in the vertical angles of the tank, particularly in the case of a rectangular horizontal section tank, if the swell at the vessel is not perpendicular to said ramps and side walls of the tank by pitching movements and combined roll of the vessel or floating support.
  • said liquid displacement means comprise at least: (a) a ramp of fluid ejection nozzles in the liquid or gaseous state, preferably nitrogen gas resting on the bottom wall or a plurality of superimposed ramps near the vertical side walls of the tank, able to form a gas curtain, preferably nitrogen or a mixture of nitrogen and gas corresponding to that of said liquefied gas, and
  • said propeller propulsion direct displacement means or suction and discharge pumps of said liquefied gas disposed in each of the four corners of said tank, comprising a rectangular horizontal section, oriented to move the liquefied gas in direction of the central zone of the tank, that is to say in the direction of the vertical central axis at mid-length of the tank.
  • This embodiment is particularly advantageous since it makes it possible to prevent and attenuate a swell in the transverse direction that is perpendicular or inclined with respect to the vertical longitudinal lateral walls of a said large reservoir.
  • said tank comprises within said gas injection means, said gas preferably comprising nitrogen gas, and a device for supplying gas to said gas injection means comprising outside the said gas injection means.
  • at least one tank of liquid nitrogen a first liquid circulation pump capable of sending said liquid nitrogen into a first heat exchanger whose heat-exchange fluid is seawater, said first exchanger being able to gasify the liquid liquid nitrogen stored in said reservoir before sending it into said horizontal vertical nozzle ramps, a gas separation unit capable of separating the gaseous mixture discharged from said vessel comprising the nitrogen gas and said gas corresponding to said liquefied gas in the gaseous state and a second circulation pump capable of compressing and returning said gas mixture in said gas injection manifolds.
  • the gaseous mixture discharged from said tank comprises nitrogen gas and said gas corresponding to said liquefied gas in the gaseous state following partial heating of said liquefied gas by the rising stream of nitrogen gas.
  • said gas supply device further comprises at the outlet of said separator, at least one nitrogen liquefaction unit and / or a liquefaction unit of said gas corresponding to said liquefied gas, able to reliquefy the nitrogen or respectively said gas before sending it into said nitrogen tank or respectively into said tank.
  • said gas supply device further comprises a liquefaction unit of said gas corresponding to said liquefied gas constituted by a second heat exchanger immersed in liquid nitrogen in said tank cooperating with a circulation pump able to make to circulate the said nitrogen gas and the said gas liquefied in pipes respectively supplying said ramps and said tank.
  • said tank comprises, within it, means for injecting a fluid consisting of a second liquefied gas able to vaporize in contact with said first liquefied gas contained in the tank at a temperature greater than that of said second liquefied gas, said second liquefied gas being preferably liquid nitrogen, preferably from an external tank of said liquefied gas, said injection means comprising at least one said horizontal vertical nozzle spray.
  • the present invention also provides a method of attenuating liquid movements in said tank of a floating vessel or support, characterized in that a said horizontal stream of liquefied gas is set below the surface of said liquid to a depth at least 0.5m, preferably at least 2m, by ejecting liquid and / or by establishing a gaseous stream, preferably an ascending gas stream of gaseous fluid comprising nitrogen.
  • nitrogen gas is injected into said nozzle manifolds.
  • said nozzle ramps are supplied with gas by a said gas supply device as defined above.
  • a second liquefied gas preferably liquid nitrogen
  • a second liquefied gas is injected into said nozzle manifolds, said second liquefied gas being thus ejected in the liquid state within said first liquefied gas contained in the tank. , gasifying and thereby creating an ascending gas stream within said first liquefied gas, the latter being at a higher temperature than said second liquefied gas.
  • liquid nitrogen at -196 ° C at normal atmospheric pressure being injected into the liquefied gas contained in the tank, for example GN L (-176 ° C. at normal atmospheric pressure), is then in a liquid at higher temperature. So it warms up and vaporizes at within said LNG by subtracting from the liquefied gas its latent heat of vaporization thus creating a supply of frigory to said liquefied gas GN L contained in the tank and limiting the vaporization of said LNG liquefied gas contained in the tank.
  • FIG. 1 represents a cross-section and a front view of a FPSO floating support for GN L storage equipped with wave attenuation devices in its storage tanks according to the invention, creating a soothing fluid consisting of a current upward vertical of liquid or gaseous fluid generating at the surface a separation in horizontal currents of GN L within a storage tank, at its surface, and
  • FIG. 2 represents in cross section and in front view a GN L transport vessel equipped with wave attenuation devices according to the invention creating a horizontal stream of liquid gas within a storage tank, at the level of of its surface, and
  • FIG. 3 is a view from above of a GN L transport vessel comprising three tanks, the first of which, corresponding to the section along the plane AA of FIG. 2, is equipped with devices according to the invention creating a current horizontal flow of GN L liquid gas within a storage tank, and
  • FIG. 4 is a cross section in side view of a tank equipped on the right side with a device for ejection of pressurized liquefied gas 40, in the center of an ejection device 50 of nitrogen gas mixture.
  • methane at five different levels 50a-50e, and which, on the left side, illustrates the phenomena of free surface transfer and the appearance of wave-like phenomena
  • FIG. 5 is a diagram describing the travel cycle of a mixture of gases (N 2 + CH 4 ) between the gas sky of a GN L transport vessel tank and a tubular pipe or nozzle manifold; gas injection 50 located in the lower part of said storage tank shown in longitudinal section of the ship with a gas bubble curtain 6 generated by said ramp, and
  • FIG. 6 is a diagram describing the travel cycle of a gas mixture (N 2 + CH 4 ) between the gas sky of a GN L transport vessel vessel and a tubular injection pipe or ramp of nozzles 50 located in the lower part of said storage tank, for the respective reliquefactions of nitrogen (N 2 ) and methane (CH 4 ), before stopping the nitrogen injection device (N 2 ), and
  • FIG. 7 is a diagram describing the travel cycle of a gas mixture (N 2 + CH 4 ) between the gas sky of a GN L transport vessel tank and a tubular injection pipe situated in lower part of said storage tank, the return gas mixture passing through a heat exchanger for reliquefier methane (CH 4 ).
  • direct displacement means 40, 40a-40c and 21 by pumping and ejecting said liquid of liquefied gas under pressure into said tank,
  • direct displacement means 22 by motorized propulsion to propel said liquid of liquefied gas into said tank
  • indirect displacement means by generating a gaseous flow in the liquid of said vessel, namely gaseous fluid injection means in said liquefied gas 50, 50a-50e comprising a horizontal ramp of nozzles mounted on a pipe supplying gas or means 30a-30b for generating a gaseous stream of gas corresponding to said liquefied gas by heating a resistance by Joule effect 30a or by circulation of a coolant in a pipe 30b and vaporization of said LNG liquid gas contained in the tank.
  • ejection nozzles mounted on a ramp formed of a horizontal supply line or collector arranged at distances further from the surface, in particular at least 3 to 5 superimposed ramps near a side wall longitudinal of the tank, but oriented vertically so that the liquid or gaseous fluid is directed upwards towards the surface as is the case for the gaseous fluid injection means in said liquefied gas 50, 50a-50e and the direct displacement means 40, 40a-40c by pumping, circulation outside the tank and ejection of said liquefied gas liquid under pressure in said tank.
  • FIG. 1 shows, in cross-section, a FPSO-type vessel 1, anchored by lines Ib connected to winches Ic, installed on a petroleum field and receiving by pipes, not shown, gas coming from heads submarine wells, said gas being treated at edge in Id facilities to be cooled to a temperature below -163 ° C and stored in the tanks 2 before being transferred to LNG carriers that will transport said gas, still in liquid form, to users.
  • Said tank 2 is equipped with devices according to the invention designed to prevent the appearance of dreaded phenomena, such as resonance phenomena of liquid hull movements, resulting from the formation of confined waves phenomena occurring within said tank when the ship is subjected to an external swell creates it by the wind or the marine current. These phenomena will be explained further in the description of the invention.
  • the parallelepipedic tanks have a volume of 24,000 with a width of 20m, a length of 40m and a height of 30m, the largest can reach and exceed 60,000 m 3 .
  • FIG. 2 shows in cross-section a vessel 1 of the LNG type, equipped with other devices according to the invention.
  • FIG. 3 is a view from above of a GN L transport vessel comprising three tanks, the first of which, on the left, corresponds to the section along the plane AA of FIG. 2, is equipped with devices according to the invention creating a horizontal stream of liquefied gas within a storage tank, close to the free surface 3a.
  • FIG. 4 details the dreaded phenomenon related to the formation and propagation of a regular wave 3 in the tank 2.
  • the particles of liquefied gas substantially describe a circle, the greater agitation at the surface, continues to the bottom before annihilating.
  • a liquefied gas particle 3c1 will describe a circle whose upper tangent corresponds to the vertex 3b of the wave 3-1 and whose lower tangent corresponds to the hollow 3c of said wave.
  • the particles 3c2 with intermediate depth and 3c3 at great depth will move, synchronously to the particle 3cl, on circles of average diameter for 3c2 and small for 3c3.
  • the swell shown in this FIG. 4 is a simple swell such as can be observed in the open sea, but such a swell confined within a tank 2, bounces on the side walls 2a and is then reflected while keeping its own energy, that is, its period and its amplitude. This then results in more or less significant surface agitation depending on the sea conditions.
  • the waves thus reflected on the walls recombine with each other, and can either evolve towards decreasing state of agitation when the recombination occurs in phase shift. or towards increasing states when they are in phase.
  • FIG. 2 shows a device 21 according to the invention consisting of a float 20a guided in free sliding along a pole 20b extending vertically between the bottom 2b and the second ceiling of the tank.
  • Said float supports a submerged pump 21a Im of the free surface, powered by a not shown electric cable, drawing LNG liquefied gas directly into the tank and discharging it through a horizontal nozzle 21b, to create a transverse horizontal disturbing current, close of the surface 3a of the liquefied gas.
  • a heating electric cable 30a disposed near the bottom 2b of said vessel, substantially parallel to the axis of the vessel, and for vaporizing the liquefied gas Joule effect. The localized heating thus produces bubbles which then rise towards the surface thus creating a vertical updraft which, at the level of the surface 3a of said liquefied gas, separates into two horizontal currents of opposite direction, one to port and the other.
  • a device 22 also immersed at Im of the free surface which is a variant of the preceding device consisting of a float 20a guided in free sliding along a pole 20b extending vertically. between the bottom 2b and the 2nd ceiling of the tank.
  • Said float supports an electric motor 22a, powered by a not shown electric cable, driving a helix 22b of horizontal axis, to create a disruptive transverse horizontal current, near the surface 2d of the liquefied gas.
  • FIG. 1 shows three other variants of the device of the invention installed in the tank 2, respectively a device 50 comprising a horizontal ramp provided with a plurality of ejection orifices spaced from 0.5 to 3 m for injecting a gas from the bottom of said tank forming an updraft of a gas curtain 6 extending in the longitudinal direction of the vessel as shown in Figures 5 to 7.
  • the formed bubbles rise to the surface and create an updraft which, close to the surface, separates into two opposite currents, one to starboard, the other to port.
  • a second device consisting of a heating element 30a, for example an electric cable, or a conduit through which a heat transfer fluid 30b supported at 31a at the bottom of the tank as shown in Figure 2, suspended at the top of two vertical supports 31b as detailed in FIG. 3, said heating element regasifying the LNG and thus producing bubbles which then rise towards the surface, thus creating a soothing fluid consisting of a vertical updraft in the form of a gas curtain 6 which, on the the level of the surface 3a of said liquefied gas, separates into two horizontal currents of opposite direction, one to port and the other to starboard.
  • a heating element 30a for example an electric cable, or a conduit through which a heat transfer fluid 30b supported at 31a at the bottom of the tank as shown in Figure 2, suspended at the top of two vertical supports 31b as detailed in FIG. 3, said heating element regasifying the LNG and thus producing bubbles which then rise towards the surface, thus creating a soothing fluid consisting of a vertical updraft in the form of a gas curtain 6 which, on
  • a device 40 installed at the bottom of the tank, consisting of a nozzle 41 fed by a collector 40a supplied with LNG liquefied gas by a pump not shown, creates a soothing fluid constituted by an upward movement of the liquid that separates to port and starboard when it reaches the free surface 3a of the liquid.
  • FIG. 3 shows a top view of a tanker ship equipped with three tanks, the tank on the bow of the ship being equipped with two horizontal nozzle ramps 50 fed with gas under pressure, two floating pumps 21 equipped with nozzles. and located in the angles 2d of the tank on the port side, two floating propellers 22 as described with reference to Figure 2, in the corners 2d of the tank on the starboard and a central conduit 30b through which a heat transfer fluid intended to regasify the liquefied gas to form a central gas curtain.
  • the pipe 30b and cable 30a are suspended at 2 to 5m from the bottom of the tank.
  • a plurality of conduits 30b or cables 30a are permanently installed at various altitudes of the tank, for example every 3m.
  • a bubble curtain is created by injecting nitrogen into a ramp equipped with nozzles and situated either at the bottom of the tank or at a variable altitude.
  • the nitrogen is stored in the liquid state in a tank 51 and is sent into a heat exchanger 52 by means of a metering pump 51a.
  • the liquid nitrogen (-196 ° C.) is transformed into gas by means of the calories supplied, for example, by high-temperature water vapor that comes hot in 52a and emerges in the form of condensed cold water 52b, then joined the ramp 50 provided with a plurality of nozzles 50-1.
  • the nitrogen gas then rises to the surface in creating an ascending vertical current, thus a calming fluid, in the liquid methane or GN L (-165 0 C) and mixes with the gas sky 2f, the latter then consisting of a mixture of methane and nitrogen.
  • the mixture is then recovered at the ceiling 2e of the tank and is sent 56 in a separator 53, for example of the molecular sieve type, where part of the methane is separated and sent by 53i to participate, for example as fuel in the machine propulsion vessel 57.
  • the remaining mixture is then redirected by 53 3 to the collector 50 by a compressor 53a which thus ensures the circulation of the mixture for producing the bubble curtain, creating the upward flow of calming fluid within the GN L .
  • the isolation valve 52c is opened, then the exchanger 52 is supplied with heat transfer fluid (water vapor), then the metering pump 51a is actuated so as to regasify the liquid nitrogen, then simultaneously the circulation pump 53a is actuated, thus creating the desired bubble curtain within the GN L.
  • the injection pump 51a is stopped. and the valve 52c is closed.
  • the nitrogen contained in the loop constituted by the gas sky 2f of the tank, the separator 53 and the connecting pipes, remains constant insofar as the separator 53 has a sufficient efficiency and sends only methane as fuel to the main machine 57, either of the steam turbine type or of the piston engine type.
  • the gas sent as fuel would then contain nitrogen in addition to methane, which is not a problem for the operation of said main machine 57.
  • the concentration in nitrogen and one redone advantageously adding nitrogen continuously, as explained above.
  • FIG. 6 shows the device of FIG. 5 equipped with a first nitrogen reliquefaction unit 55a and a second methane reliquefaction unit 55b, which are useful during the shutdown phase of the bubble curtain. Indeed, if one wants to stop the bubble curtain, it continues to circulate the gas mixture, but the separator being provided with a nitrogen outlet 53i and a methane output 53 2 , the nitrogen is advantageously reliquefied in the unit 55a before being returned to the tank 51b, likewise, all or part of the methane is reliquefied in the unit 55b before being returned to the liquid methane storage tank, the residue being advantageously directed towards the main machine 57 to be used as fuel.
  • the loop circulation of the mixture of nitrogen and methane generates a significant energy input, due to the circulation compressor 53a, and this results in regasification of a significant portion of liquid methane that must be evacuated because the The vessel gas sky must remain substantially at ambient atmospheric pressure, the vessel and vessel structure not being designed to withstand significant increases in pressure within the tanks. It is thus necessary either to evacuate the gaseous methane, for example by using it as fuel for the main machine, as explained above with reference to FIG. 5, and / or to reliquefy it as explained previously with reference to FIG. It should be noted that nitrogen having a liquefaction temperature substantially equal to -196 ° C at atmospheric pressure, will never be in the liquid phase in liquefied methane at a temperature substantially equal to -163 ° C.
  • FIG. 7 shows a preferred version of the invention according to FIG. 5, in which the nitrogen-methane gas mixture leaves the separator 53, then passes through the compressor 53a and passes through a heat exchanger 54 in contact with the nitrogen liquid at -196 ° C.
  • the methane is reliquified to GN L, and a mixture of nitrogen gas and methane gas and GN L then descends into the outlet line 54a.
  • Said pipe 54a joins the ramp 50 and the nitrogen gas, with possibly traces of methane gas is directed towards the injection rail 50, while the liquid methane, or GN L, is discharged at the bottom of said pipe 54a, by a pipe 54b down the tank 2.
  • the hydrostatic pressure created by the compressor 53a is such that the liquid methane contained in the tank can not go up in the pipe 54b, nor reach the gas injection manifold 50.
  • the liquefaction of LNG methane in the exchanger 54 absorbs calories and thus boils the liquid nitrogen within the tank 51; the nitrogen gas produced is advantageously directed by a pipe 50a to the pipe 53 3 , preferably just upstream of the compressor 53a.
  • Said gaseous nitrogen product can advantageously be reliqued within a unit of type 55a, not shown, and the liquid nitrogen produced is then simply redirected to said reservoir 51.
  • the injection ramp 50 is situated in the lower part of the tank 2.
  • a plurality of said ramps 50a-50e are advantageously installed at altitudes. variables, for example at 0, 5, 10 and 15m for a tank of 20m height, either near the side walls of the tanks, or towards the axis of the ship, as shown in Figure 4.
  • the ramps are thus installed at several levels and are integral with a vertical support 5O 2 connecting the ground 2b of said tank to the ceiling. They pass through the tank 2 from one side to the other, for example parallel to the axis of the vessel and are fed from one end at the vertical walls of gaseous mixture N2 + CH4 under pressure.
  • either one is fed to one of the ramps located below the surface 3a of the liquefied gas, or is advantageously supplied several ramps 50c and 50d located at different depths below the surface 3a of said liquefied gas.
  • the gas injection being for example separated into two streams at different hydrostatic pressures, the first stream representing for example 70% by volume, is ejected at the collector 50c closest to the surface 3a, the remaining 30% are ejected lower 5Od at a higher hydrostatic pressure, at the collector 5Od below 50c.
  • the vertical angles 2d of the tanks are areas where, in case of breaking, there may be significant shocks due to the trihedral shape created by the two vertical walls and the ceiling of the tank.
  • gas mixture injections and liquid methane flows created by nozzles associated with ramps 40a-40c as represented in FIG. 4.
  • the combination of the two flows makes it possible to create very large fluid movements, and by the presence of gas bubbles, said fluid has a very high compressibility, which can greatly mitigate the effects of possible shocks produced, the bulk of energy of the breaking being absorbed by the compressibility of said bubbles thus created.
  • Said surge energy is optionally converted into heat, which, by local vaporization of liquid methane, increases the amount of methane gas circulating in a loop in the device.
  • transverse horizontal currents are established for the entire length of the tank by means of said ramps 50, arranged near the vertical longitudinal lateral walls on the one hand, and, on the other hand, horizontal currents located only in the corners of the tank, arranged angularly non-parallel to the longitudinal direction of the tank towards a central vertical axis at mid-length along the longitudinal direction of the tank, that is to say say along a diagonal of a rectangular longitudinal horizontal section.
  • a continuous gas curtain along the entire length of the tank.
  • the devices have mainly been described as being installed on the walls of the tanks parallel to the axis of the ship.
  • devices will also advantageously be disposed on the walls of said tanks, transversely, that is to say perpendicularly to the longitudinal axis XX of the ship, these devices being more particularly effective in the case of resonance phenomena due to pitching or cavally from the ship.
  • nozzles are injected, not with nitrogen gas, or a mixture of nitrogen and methane, but directly with liquid nitrogen at -196 ° C. (at normal atmospheric pressure). , stored in specific auxiliary tanks.
  • the gas arrives in the liquid state in the diffusion ramps and is ejected in the liquid state within the GN L.
  • the latter being at a higher temperature (-165 ° C. at normal atmospheric pressure), warms up then the liquid nitrogen which vaporizes by transferring to GN L its latent heat of vaporization.
  • the nitrogen being transferred into the pipes in the liquid state requires pipes of very small diameter compared to the pipes necessary to convey the nitrogen in gaseous form.
  • liquid nitrogen is advantageously manufactured continuously from the ambient air, by separation from oxygen and the various rare gases, and then this liquid nitrogen is stored in dedicated reservoirs and the the liquid nitrogen that is sent into the distribution manifold circuit is withdrawn as soon as necessary, to the tanks concerned by the risks of dreaded sloshing phenomena.
  • the tanks of GN L are described as being cylindrical with polygonal section, but it remains in the spirit of the invention since the cross section comprises a polygonal portion and a curved portion, as described by for example in the patent WO-2001-30648, it being understood that said curved portion can be assimilated, mathematically and geometrically, to a polygon of finite developed length, comprising an infinity of infinitely small unit length sides.

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Abstract

La présente invention concerne u n navire ou support flottant ( 1) de transport ou de stockage de liquide consistant dans u n gaz liquéfié, de préférence choisi parmi les méthane, éthylène, propane et butane, refroidi dans u ne grande cuve, de préférence cylindrique à section transversale polygonale, isolée thermiquement de grande dimension avec a u moins sa plus petite dimension dans la direction horizontale, notamment sa largeur, supérieure à 20m de préférence de 25 à 50m et un volume supérieur à 10.000m3, caractérisé en ce que ledit réservoir est équipé d'au moins u n dispositif d'atténuation de mouvements de dit liquide comprenant des moyens de déplacement dudit liquide de gaz liquéfié au sein dudit réservoir pou r former u n courant horizontal juste dessous la surface libre dudit gaz liquéfié au moins localement su r u ne profondeur d'au moins 0,5 mètre, de préférence au moins 2m.

Description

NAVIRE OU SUPPORT FLOTTANT EQUIPE D'UN DISPOSITIF D'ATTENUATION DES MOUVEMENTS DE CAREN ES LIQUIDES.
La présente invention concerne un dispositif d'atténuation des mouvements de carène liquide au sein de réservoirs de navires de transport ou de stockage en vrac.
Elle concerne plus particulièrement les navires de transport cryogénique, soit de GN L ou méthane liquide, soit d'autres gaz maintenus à l'état liquide à très basse température, tels le propane, le butane, l'éthylène, ou tout autre gaz de densité inférieure à l'eau à l'état liquéfié, transporté en très grandes quantités à l'état liquide et sensiblement à la pression atmosphérique.
Les gaz liquéfiés transportés à une pression proche de la pression atmosphérique doivent être refroidis à basse température pour rester à l'état liquide. Ils sont alors stockés dans de très grands réservoirs soit sphériques, soit cylindriques de préférence à section transversale polygonale, notamment sensiblement parallélépipédiques, lesdits réservoirs étant très fortement isolés thermiquement de manière à limiter l'évaporation du gaz et maintenir l'acier de la structure du navire à une température admissible. Les navires voyagent en général, soit à pleine charge (85-95%), soit avec un léger reliquat de gaz en fond de cuve (3- 10%) de manière à maintenir les réservoirs et les systèmes d'isolation en permanence en froid pour permettre leur chargement plus rapidement, évitant de ce fait la nécessité d'une mise en froid progressive donc lente et consommatrice de temps opérationnel .
Lors des voyages, le contenu des cuves se comporte comme des carènes liquides et des phénomènes de type houle déferlante appelés en anglais « sloshing » ou clapot, peuvent apparaître et devenir très violents à l'intérieur de la cuve, notamment lorsque elles déferlent sur les parois verticales de la cuve et en particulier aussi dans le trièdre formé par la jonction de deux parois verticales et du plafond ou du plancher de ladite cuve. Ces phénomènes sont particulièrement sensibles du fait que ces liquides ont des viscosités inférieures à celle de l'eau .
Ces phénomènes risquent aussi d'apparaître sur des navires méthaniers ou sur des navires de stockage ancrés appelés FPSO (Floating Production Storage & Offloading), c'est-à-dire support flottant de production, de stockage et d'exportation, dans des conditions de mer agitée ou même presque tranquille, lorsque la cargaison de gaz liquéfié entre en résonance avec l'excitation créée par une houle, même faible, à laquelle est soumis le navire. Dans ces cas de résonance, le « sloshing » peut devenir extrêmement violent et lors des déferlements sur les parois verticales ou dans les angles risquant ainsi de détériorer le système de confinement du gaz liquéfié, ou le système d'isolation présent juste derrière ledit système de confinement.
Ces phénomènes de « sloshing » peuvent apparaître dans des conditions de mer relativement calme, mais en général ils n'apparaîtront que pour des niveaux de remplissage très particuliers, chaque état de mer (hauteur significative de houle / période / angle d'incidence / ballastage du navire / ...) risquant de devenir dangereux avec une hauteur particulière de remplissage de cuve.
On connaît le principe de protection des installations portuaires ou du rivage par des rideaux de bulles d'air qui ont un effet atténuateur significatif sur les houles incidentes. De tels rideaux de bulles ont été étudiés de longue date et ont fait l'objet de multiples publications, en particulier « La houle et son action sur les côtes et les ouvrages côtiers » par l'auteur russe PK. Bojitch.
Ainsi, le problème selon la présente invention est d'atténuer, voire d'empêcher l'apparition de phénomènes de déferlement de houle de type « sloshing » dans les cuves de navires de transport ou de stockage de gaz liquéfié, en particulier de méthane liquide ou « GN L ». Dans la description ci-après, le terme « GN L » est utilisé pour définir le méthane à l'état liquide, c'est-à-dire du gaz naturel liquéfié, tandis-que l'état gazeux est appelé « méthane » ou « méthane gazeux ». Pour ce faire, la présente invention fournit un navire ou support flottant de transport ou de stockage de liquide comprenant au moins une grande cuve, ledit liquide consistant dans un gaz liquéfié, de préférence choisi parmi les méthane, éthylène , propane et butane, refroidi dans ladite grande cuve, ladite grande cuve présentant sa longueur disposée dans la direction longitudinale XX' du navire et étant, de préférence cylindrique à section transversale, au moins en partie de section polygonale d'axe dans la direction longitudinale XX' du navire, isolée thermiquement de grande dimension avec au moins sa plus petite dimension dans la direction horizontale, notamment sa largeur, supérieure à 20m de préférence de 25 à 50m et un volume supérieur à 10.000m3 caractérisé en ce que le dit réservoir est équipé de d'au moins un dispositif d'atténuation de mouvements de dit liquide comprenant des moyens de déplacement dudit liquide de gaz liquéfié au sein dudit réservoir pour former un courant horizontal juste dessous la surface libre dudit gaz liquéfié au moins localement sur une profondeur d'au moins 0,5 mètre, de préférence au moins 2m.
Dans un mode de réalisation particulier, lesdits moyens de déplacement dudit liquide de gaz liquéfié au sein dudit réservoir créent un déplacement dudit gaz liquéfié dans une direction non parallèle à ladite direction axiale longitudinale de la cuve, de préférence dans une direction transversale perpendiculaire YY à ladite direction axiale longitudinale XX' de la cuve.
On comprend qu'ainsi dirigé, ledit gaz liquéfié en déplacement permet de former un dit courant horizontal dessous la surface libre dudit gaz liquéfié dans une direction non parallèle à la direction axiale longitudinale de la cuve, de préférence respectivement dans une direction transversale horizontale perpendiculaire à la direction longitudinale axiale de la cuve.
Selon une variante de réalisation explicitée ci-après, les moyens de déplacement du gaz liquéfié créent un mouvement de gaz liquéfié dans une direction en diagonale depuis un des angles de ladite cuve et orienté vers un axe vertical à mi-longueur de l'axe longitudinal de ladite cuve.
Les dits moyens de déplacement dudit liquide pour former un courant horizontal juste dessous la surface peuvent comprendre : -des moyens de déplacement direct par pompage et éjection dudit liquide de gaz liquéfié sous pression dans la dite cuve ou par propulsion motorisée à hélice dudit liquide de gaz liquéfié dans la dite cuve, et/ou
- des moyens de déplacement indirect par réaction à une génération d'un courant gazeux dans le liquide de la dite cuve, à savoir des moyens d'injection de fluide gazeux dans le dit gaz liquéfié ou des moyens de génération d'un courant gazeux de gaz correspondant audit gaz liquéfié par chauffage et vaporisation dudit dit gaz liquide, notamment par chauffage d'une résistance par effet joule ou par chauffage à l'aide d'un fluide caloporteur circulant dans une conduite. On comprend que le liquide est déplacé ou le fluide est injecté dans le liquide du réservoir à des débit et pression suffisants pour former un dit courant horizontal .
Dans les deux cas, la création d'un courant horizontal de dit liquide en subsurface peut être obtenue des deux manières suivantes : - à l'aide de buses d'éjection disposées juste en dessous de la surface et orientée pour que le liquide ou fluide gazeux soit éjecté directement en direction horizontale, ou
- à l'aide de buses d'éjection disposées à des distances plus éloignées de la surface, mais orientées pour que le liquide ou fluide gazeux soit dirigé vers le haut en direction de la surface de préférence dans la direction verticale. Dans ce dernier cas, lorsque le courant ascendant de fluide liquide ou gazeux rencontre la surface, il est dévié latéralement et donc horizontalement au moins sur une certaine distance avant éventuellement de replonger en courant descendant. Si le courant ascendant initial est situé à une certaine distance des parois latérales verticales du réservoir, de préférence environ à mi-distance des deux parois latérales, il peut se diviser en 2 courants dans deux directions horizontales de sens opposés, c'est-à-dire de part et d'autre du courant ascendant. Si, en revanche, le flux ascendant est généré à proximité de la paroi verticale, il sera dévié en dessous de la surface dans une seule direction vers la zone centrale de la dite cuve. On forme un dit courant horizontal au moins localement, c'est-à-dire soit sur toute la longueur de la cuve, par exemple dans une direction transversale perpendiculaire à des parois latérales longitudinales verticales de la cuve et/ou seulement au niveau des angles, les différents courants étant orientés en direction d'un axe vertical à mi-longueur de la cuve, le long de son axe longitudinal médian XX'.
Plus particulièrement, lesdits moyens de déplacement dudit liquide sont des moyens d'éjection de fluide, ledit fluide liquide ou gazeux étant choisi parmi un fluide liquide consistant dans dudit gaz liquéfié de préférence du GN L ou un fluide gazeux comprenant un gaz inerte, de préférence de l'azote, ou un gaz correspondant à celui dudit gaz liquéfié contenu dans la dite cuve mais à l'état gazeux, ou un mélange des deux.
On comprend que l'éjection de liquide se fait par aspiration et refoulement sous pression dans ladite cuve dudit liquide à l'aide d'une pompe. Dans un mode de réalisation les buses sont montées directement sur les pompes immergées dans la dite cuve. Dans un autre mode de réalisation on met en œuvre une pompe à l'extérieur de la cuve et celle-ci alimente une pluralité de buses immergées dans ladite cuve.
La présente invention consiste à créer un mouvement de fluide au sein de la cuve, le fluide en mouvement constituant ainsi un fluide calmant réduisant les phénomènes de résonnance au sein de la cuve ou empêchant leur apparition.
Ce courant de fluide calmant peut être soit horizontal, soit de préférence vertical, puis horizontal lorsque ledit courant atteint la surface libre du gaz liquéfié au sein de la cuve.
Dans un mode préféré de réalisation, on crée un courant gazeux vertical au sein de ladite cuve dessous la surface libre dudit gaz liquéfié, de préférence depuis le fond de la cuve et à proximité des parois latérales de la cuve.
Ce mode de réalisation est préféré, car d'une part il est le plus simple à réaliser et d'autre part, les bulles de gaz introduites dans le gaz liquéfié ont pour effet de rendre compressible le mélange diphasique liquide/gaz, alors que le GNL est quasi-incompressible en lui-même. Ainsi, la compressibilité conférée au mélange diphasique lui permet d'amortir, voire d'annuler, la majorité des effets néfastes de vagues déferlantes créées par des phénomènes de houle en résonnance, lesquels sont les plus importants à proximité des parois latérales et plus particulièrement dans les angles.
Plus particulièrement encore, lesdits moyens d'éjection de fluide liquide ou gazeux comprennent au moins une pompe à l'extérieure de la dite cuve et au moins une rampe de buses consistant en conduite d'amené dudit fluide disposée horizontalement dessous la surface du liquide au sein de la dite cuve, de préférence au moins une dite conduite d'amenée disposée à proximité de la paroi de fonds, ladite conduite d'amenée de fluide comprenant une pluralité de buses d'éjection dudit fluide vers le haut en direction de la surface dans la direction verticale, les différentes buses successives d'une même conduite d'amenée étant de préférence espacées l'une de l'autre d'au moins 0,5 m, de préférence encore de 1 à 5m.
On crée ainsi un fluide calmant engendré par un rideau de bulles de gaz ascendantes au sein de la cuve.
De préférence, on crée un courant horizontal au moins dans la direction perpendiculaire aux parois latérales de la cuve. Pour ce faire, plus particulièrement encore, la ou lesdites conduites d'amenée du fluide sont disposées dans la direction transversale YY' ou de préférence longitudinale XX' de la dite cuve. On crée ainsi un rideau de bulles de gaz parallèle aux parois latérales de la cuve, c'est-à-dire parallèle aux deux parois latérales transversales opposées ou respectivement aux deux parois latérales longitudinales opposées de la cuve. De préférence, on dispose lesdites conduites d'amenée de fluide dans la direction longitudinale
En fait, une conduite d'amenée disposée dans une direction transversale YY' à proximité des parois latérales transversales de la cuve, c'est-à-dire les parois aux extrémités longitudinales de la cuve, peut être avantageuse à proximité des angles de la cuve pour atténuer les mouvements de liquide qui sont importants à ce niveau . Pour ce faire, on pourra se borner à créer un retour dans ladite direction transversale aux deux extrémités longitudinales opposées d'une dite conduite d'amenée disposée dans la direction longitudinale de la cuve à proximité des parois latérales longitudinales de la cuve.
Avantageusement, ladite cuve comprend une pluralité de dites rampes de buses disposées les unes au dessous des autres dans un même plan vertical à des distances différentes de la surface, de préférence avec une dite rampe à buses verticales disposée à proximité de la paroi de fonds de ladite cuve.
Selon une variante préférée de réalisation, ladite cuve comprend des dits moyens de déplacement de gaz liquéfié par génération d'un rideau de flux gazeux ascendant, de préférence ledit rideau gazeux s'étendant dans une direction longitudinale de ladite cuve, de préférence en position axiale de ladite cuve ou contre ses dites parois latérales verticales, ledit moyen de génération de rideau gazeux étant choisi parmi : a) desdits moyens d'injection de fluide à l'état liquide ou gazeux à buses d'éjection de préférence dans une direction verticale, ledit gaz comprenant de préférence de l'azote gazeux, et b) des moyens de chauffage immergés comprenant une conduite traversée par un fluide caloporteur ou une résistance de chauffage par effet joule sous forme d'élément longitudinal apte à chauffer et regazeifier le dit gaz liquéfié en contact avec ledit moyen de chauffage, de préférence ledit élément rectiligne s'étendant dans la direction longitudinale ou transversale de ladite cuve. On comprend que l'azote est avantageux car il s'agit d'un gaz inerte relativement abondant et peu onéreux d'une part et d'autre part il présente une température de liquéfaction inférieure à celle des gaz liquéfiés de type méthane, éthylène, propane ou butane. On comprend également que l'injection de gaz inerte tel que l'azote dans la dite cuve est combinée à des moyens d'évacuation et recirculation du dit gaz inerte notamment tel que décrit ci-après. Lors de la génération du rideau gazeux par injection de gaz inerte, il peut se produire également une regazéification partielle du gaz liquéfié à son contact, de sorte que l'on évacue et fait recirculer un mélange d'azote et de dit gaz correspondant au gaz liquéfié mais à l'état gazeux.
Lorsque le dit moyen de génération de rideau gazeux comprend un moyen de chauffage localisé apte à chauffer ledit gaz liquéfié de manière à regazeifier le dit gaz liquéfié en contact avec ledit moyen de chauffage, le gaz dudit rideau gazeux est du gaz correspondant à celui du gaz liquéfié contenu dans la dite cuve.
Le dit élément rectiligne peut reposer contre ou à proximité de la paroi de fond de la dite cuve ou être suspendu, immergé à proximité de la surface dudit gaz liquéfié.
Plus particulièrement encore, ledit élément longitudinal de chauffage par effet joule au moyen d'un câble électrique.
Selon une autre variante de réalisation, ladite cuve comprend des moyens de déplacement direct de liquide consistant dans une pompe d'aspiration et refoulement dudit gaz liquéfié par une buse de refoulement horizontale montée sur ladite pompe immergée, ou une hélice de propulsion motorisée, immergée dans ladite cuve, de manière à déplacer ledit gaz liquéfié dans une dite direction horizontale, de préférence non parallèle à ladite direction axiale longitudinale, dessous la surface du gaz liquéfié, la dite pompe ou hélice étant montée sur un flotteur de manière à rester immergée en permanence à distance sensiblement constante de la surface dudit gaz liquéfié contenu dans ladite cuve, de préférence à une profondeur de 0,5 à 5m, de préférence encore le dit flotteur étant monté à coulissement verticale sur un support vertical immergé.
On comprend que ce support de coulissement vertical du flotteur permet de maintenir ladite pompe ou dite hélice dans une position déterminée.
Plus particulièrement, lesdits moyens de déplacement direct par propulsion motorisée à hélice ou desdites pompes d'aspiration et refoulement sont disposés dans des angles de la dite cuve et sont orientés pour déplacer ledit gaz liquéfié dans une direction horizontale en direction de la zone centrale de la dite cuve, de préférence dans chacun des quatre angles d'une section horizontale rectangulaire de ladite cuve.
Ce mode de réalisation permet de d'atténuer voire supprimer les mouvements et turbulences les plus fortes qui ont tendance à s'accumuler dans les angles verticaux de la cuve, notamment dans le cas d'une cuve à section horizontale rectangulaire, si la houle au sein de la cuve n'est pas perpendiculaire aux dites rampes et parois latérales du réservoir de par les mouvements de tangages et roulis combiné du navire ou support flottant.
Dans un mode de réalisation préféré, lesdits moyens de déplacement de liquide comprennent au moins : (a) une rampe de buses d'éjection de fluide à l'état liquide ou gazeux, de préférence d'azote gazeux reposant sur la paroi de fond ou une pluralité de rampes superposées à proximité des parois latérales verticales de la cuve, apte à former un rideau gazeux, de préférence d'azote ou de mélange d'azote et gaz correspondant à celui dudit gaz liquéfié, et
(b) des dits moyens de déplacement direct par propulsion à hélice ou des pompes d'aspiration et refoulement de dit gaz liquéfié disposées dans chacun des 4 angles d'une dite cuve, comprenant une section horizontale rectangulaire, orientées pour déplacer le gaz liquéfié en direction de la zone centrale de la cuve, c'est-à-dire en direction de l'axe central vertical à mi longueur de la cuve. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux, car il permet de prévenir et atténuer une houle dans la direction transversale perpendiculaire ou inclinée par rapport aux parois latérales longitudinales verticales d'un dit grand réservoir.
Avantageusement, ladite cuve comprend en son sein desdits moyens d'injection de gaz, ledit gaz comprenant de préférence de l'azote gazeux, et un dispositif d'alimentation en gaz desdits moyens d'injection de gaz comprenant à l'extérieur de la dite cuve au moins un réservoir d'azote liquide, une première pompe de circulation de liquide apte à envoyer le dit azote liquide dans un premier échangeur de chaleur dont le fluide caloporteur est l'eau de mer, le dit premier échangeur étant apte à gazéifier l'azote liquide stocké dans le dit réservoir avant de l'envoyer dans des dites rampes horizontales à buses verticales, une unité de séparation de gaz apte à séparer le mélange gazeux évacué de ladite cuve comprenant l'azote gazeux et le dit gaz correspondant au dit gaz liquéfié à l'état gazeux et une deuxième pompe de circulation apte à compresser et renvoyer le dit mélange gazeux dans les dites rampes d'injection de gaz.
On comprend que le mélange gazeux évacué de la dite cuve comprend l'azote gazeux et le dit gaz correspondant au dit gaz liquéfié à l'état gazeux suite au réchauffement partiel dudit gaz liquéfié par le courant ascendant d'azote gazeux.
Plus particulièrement, ledit dispositif d'alimentation en gaz comprend en outre en sortie du dit séparateur, au moins une unité de liquéfaction de l'azote et/ou une unité de liquéfaction dudit gaz correspondant au dit gaz liquéfié, aptes à reliquéfier l'azote ou respectivement ledit gaz avant de l'envoyer dans ledit réservoir d'azote ou respectivement dans ladite cuve.
Plus particulièrement encore, ledit dispositif d'alimentation en gaz comprend en outre une unité de liquéfaction dudit gaz correspondant audit gaz liquéfié constitué par un deuxième échangeur de chaleur immergé dans l'azote liquide au sein dudit réservoir coopérant avec une pompe de circulation apte à faire circuler le dit azote gazeux et le dit gaz liquéfié dans des conduites alimentant respectivement les dites rampes et la dite cuve.
Dans un autre mode de réalisation, ladite cuve comprend en son sein des moyens d'injection d'un fluide consistant en un second gaz liquéfié apte à se vaporiser au contact dudit premier gaz liquéfié contenu dans la cuve à une température supérieure à celle dudit second gaz liquéfié, ledit second gaz liquéfié étant de préférence de l'azote liquide, de préférence à partir d'un réservoir extérieur de dit gaz liquéfié, lesdits moyens d'injection, comprenant au moins une dite rampe horizontale à buses verticales.
La présente invention fournit également un procédé d'atténuation de mouvements de liquide dans ladite cuve d'un navire ou support flottant, caractérisé en ce qu'on établit un dit courant horizontal de gaz liquéfié au- dessous de la surface dudit liquide sur une profondeur d'au moins 0,5m de préférence au moins 2m, par éjection de liquide et/ou par établissement d'un courant gazeux, de préférence un courant gazeux ascendant de fluide gazeux comprenant de l'azote.
Plus particulièrement, on injecte de l'azote gazeux dans desdites rampes de buses.
Avantageusement, lesdites rampes de buses sont alimentées en gaz par un dit dispositif d'alimentation en gaz tel que défini précédemment.
Dans un mode de réalisation, on injecte un second gaz liquéfié, de préférence de l'azote liquide, dans des dites rampes de buses, ledit second gaz liquéfié étant ainsi éjecté à l'état liquide au sein dudit premier gaz liquéfié contenu dans la cuve, se gazéifiant et créant ainsi un courant gazeux ascendant au sein dudit premier gaz liquéfié, ce dernier étant à une température plus élevée que ledit second gaz liquéfié.
En effet, l'azote liquide à -196°C à pression atmosphérique normale étant injecté dans le gaz liquéfié contenu dans la cuve, par exemple du GN L (-1760C à pression atmosphérique normale), se trouve alors dans un liquide à température plus élevée. Il se réchauffe donc et se vaporise au sein dudit GNL en soustrayant au gaz liquéfié sa chaleur latente de vaporisation créant ainsi un apport de frigorie au dit gaz liquéfié GN L contenu dans la cuve et limitant la vaporisation dudit gaz liquéfié GNL contenu dans la cuve.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite de manière illustrative et non limitative, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente en coupe transversale et en vue de face d'un support flottant FPSO de stockage de GN L équipé de dispositifs d'atténuation de houle dans ses cuves de stockage selon l'invention créant un fluide calmant constitué d'un courant vertical ascendant de fluide liquide ou gazeux engendrant en surface une séparation en courants horizontaux de GN L au sein d'une cuve de stockage, au niveau de sa surface, et
- la figure 2 représente en coupe transversale et en vue de face un navire de transport de GN L équipé de dispositifs d'atténuation de houle selon l'invention créant un courant horizontal de gaz liquide au sein d'une cuve de stockage, au niveau de sa surface, et
- la figure 3 est une vue de dessus d'un navire de transport de GN L comportant trois cuves, dont la première, correspondant à la coupe selon le plan AA de la figure 2, est équipée de dispositifs selon l'invention créant un courant horizontal de gaz liquide de GN L au sein d'une cuve de stockage, et
- la figure 4 est une coupe transversale en vue de côté d'une cuve équipée sur le côté droit d'un dispositif d'éjection de gaz liquéfié sous pression 40, au centre d'un dispositif d'éjection 50 de mélange gazeux azote + méthane à cinq niveaux différents 50a-50e, et qui, sur le côté gauche, illustre les phénomènes de transfert de carène liquide et d'apparition de phénomènes de type houle, et - la figure 5 est un schéma décrivant le cycle de cheminement d'un mélange de gaz (N2 + CH4) entre le ciel de gaz d'une cuve de navire de transport de GN L et une conduite tubulaire ou rampe de buses d'injection de gaz 50 située en partie basse de ladite cuve de stockage montrée en coupe longitudinale du navire avec un rideau de bulles de gaz 6 généré par la dite rampe, et
- la figure 6 est un schéma décrivant le cycle de cheminement d'un mélange de gaz (N2 + CH4) entre le ciel de gaz d'une cuve de navire de transport de GN L et une conduite tubulaire d'injection ou rampe de buses 50 située en partie basse de ladite cuve de stockage, en vue des reliquéfactions respectives de l'azote (N2) et du méthane (CH4), avant arrêt du dispositif d'injection d'azote (N2), et
- la figure 7 est un schéma décrivant le cycle de cheminement d'un mélange de gaz (N2 + CH4) entre le ciel de gaz d'une cuve de navire de transport de GN L et une conduite tubulaire d'injection située en partie basse de ladite cuve de stockage, le mélange gazeux en retour traversant un échangeur de chaleur destiné à reliquéfier le méthane (CH4).
On décrit ci-après différents dispositifs d'atténuation de houle dans la cuve d'un navire ou support flottant contenant du méthane liquide selon l'invention constitués par des moyens de création de fluide calmant ou dits moyens de déplacement dudit GN L pour former un courant horizontal juste dessous la surface, le cas échéant résultant de la séparation d'un courant ascendant, comprenant :
- des moyens de déplacement direct 40, 40a-40c et 21 par pompage et éjection dudit liquide de gaz liquéfié sous pression dans la dite cuve,
- des moyens de déplacement direct 22 par propulsion motorisée à hélice dudit liquide de gaz liquéfié dans la dite cuve, et
- des moyens de déplacement indirect par génération d'un courant gazeux dans le liquide de ladite cuve , à savoir des moyens d'injection de fluide gazeux dans le dit gaz liquéfié 50, 50a-50e comprenant une rampe horizontale de buses montées sur une conduite d'amenée de gaz ou des moyens 30a-30b de génération d'un courant gazeux de gaz correspondant audit gaz liquéfié par chauffage d'une résistance par effet joule 30a ou par circulation d'un fluide caloporteur dans une conduite 30b et vaporisation dudit dit gaz liquide GNL contenu dans la cuve.
Dans les dits moyens de déplacement ci-dessus, la création d'un courant de dit liquide ou fluide calmant en subsurface peut être obtenue des différentes manières suivantes :
- à l'aide de buses d'éjection montées sur des pompes de refoulement disposées juste en dessous de la surface libre d'environ 0,5 à Im et orientées pour que le liquide soit éjecté directement en direction horizontale en ce qui concerne les moyens de déplacement direct 21 par pompage et éjection dudit liquide de gaz liquéfié sous pression dans la dite cuve ,et
-à l'aide d'hélices d'axe horizontale pour les moyens de déplacement direct 22 par propulsion motorisée à hélice dudit liquide de gaz liquéfié dans le réservoir 21, disposées juste en dessous de la surface libre d'environ 0,5 à Im, ainsi orientées pour que le liquide soit éjecté directement en direction horizontale, et
- à l'aide de buses d'éjection montées sur une rampe formée d'une conduite d'amenée ou collecteur horizontale, disposées à des distances plus éloignées de la surface notamment au moins 3 à 5 rampes superposées à proximité d'une paroi latérale longitudinale de la cuve, mais orientées verticalement pour que le liquide ou fluide gazeux soit dirigé vers le haut en direction de la surface comme c'est le cas pour les moyens d'injection de fluide gazeux dans le dit gaz liquéfié 50, 50a-50e et les moyens de déplacement direct 40, 40a-40c par pompage, circulation à l'extérieur de la cuve et éjection dudit liquide de gaz liquéfié sous pression dans la dite cuve.
Sur la figure 1 on a représenté, en coupe transversale, un navire 1 de type FPSO, ancré par des lignes Ib reliées à des treuils Ic, installé sur un champ pétrolier et recevant par des conduites, non représentées, du gaz en provenance de têtes de puits sous-marines, ledit gaz étant traité à bord dans des installations Id pour être refroidi à une température inférieure à -163°C et être stocké dans les cuves 2 avant d'être transféré vers des navires méthaniers qui transporteront ledit gaz, toujours sous forme liquide, vers les utilisateurs. Ladite cuve 2 est équipée de dispositifs selon l'invention destinés à empêcher l'apparition de phénomènes redoutés, tels des phénomènes de résonance de mouvements de carènes liquide, résultant de la formation de phénomènes de type houle confinée survenant au sein de ladite cuve lorsque le navire est soumis à une houle extérieure la crée par le vent ou le courant marin. Ces phénomènes seront expliqués plus avant dans la description de l'invention. Les cuves parallélépipédiques présentent un volume de 24.000 avec une largeur de 20m, une longueur de 40m et une hauteur de 30m, les plus grosses pouvant atteindre et dépasser 60.000 m3.
Sur la figure 2 on a représenté en coupe transversale un navire 1 de type méthanier, équipé d'autres dispositifs selon l'invention. La figure 3 est une vue de dessus d'un navire de transport de GN L comportant trois cuves, dont la première, à gauche, correspondant à la coupe selon le plan AA de la figure 2, est équipée de dispositifs selon l'invention créant un courant horizontal de gaz liquéfié au sein d'une cuve de stockage, à proximité de la surface libre 3a.
Sur la partie gauche de la figure 4, on détaille le phénomène redouté lié à la formation et à la propagation d'une houle régulière 3 au sein de la cuve 2. Lorsqu'une houle se forme au sein de ladite cuve, les particules de gaz liquéfié décrivent sensiblement un cercle, l'agitation plus importante en surface, se poursuit vers le fond avant de s'annihiler. Ainsi, près de la surface 3a, une particule de gaz liquéfié 3cl décrira un cercle dont la tangente supérieure correspond au sommet 3b de la vague 3-1 et dont la tangente inférieure correspond au creux 3c de ladite vague. De la même manière, les particules 3c2 à profondeur intermédiaire et 3c3 à grande profondeur, se déplaceront, de manière synchrone à la particule 3cl, sur des cercles de diamètre moyen pour 3c2 et petit pour 3c3. La houle représentée sur cette figure 4 est une houle simple telle qu'on peut l'observer en pleine mer, mais une telle houle confinée au sein d'une cuve 2, rebondit sur les parois latérales 2a et se trouve alors réfléchie tout en gardant son énergie propre, c'est-à-dire sa période et son amplitude. Il en résulte alors une agitation de surface plus ou moins importante selon les conditions de mer. Les houles ainsi réfléchies sur les parois se recombinent entre elles, et peuvent soit évoluer vers des états d'agitation décroissants lorsque la recombinaison se produit en décalage de phase, soit vers des états croissants lorsqu'elles se retrouvent en phase.
Ainsi, lorsque le navire 1 est soumis à une houle extérieure la, soit en provenance du grand large, soit due au vent ou au courant, les mouvements de roulis, de tangage, de lacet, d'embardée et de cavalement du navire excitent la carène liquide contenue dans la cuve 2 et des phénomènes de résonance peuvent alors apparaître au sein de ladite cuve, en raison des combinaisons des réflexions multiples sur les parois des cuves précédemment décrites.
Ces phénomènes peuvent être violents et conduire à un risque d'endommagement des systèmes de rétention et de confinement du gaz liquéfié. Ces phénomènes ne se produisent pas uniquement en cas de tempête, mais peuvent apparaître même par temps calme lorsque certains paramètres liés au comportement du navire, à la forme de ses cuves et au niveau de remplissage desdites cuves, se présentent de manière concomitante. Par exemple une houle de travers de faible amplitude, par exemple de hauteur significative Hs = I .25m, liée à des périodes particulières, par exemple T= 8-10 secondes, ne présentera aucun danger lorsque les cuves sont pleines ou vides ou encore avec des niveaux de remplissage intermédiaires, mais pour une valeur précise, par exemple un remplissage de 70-80%, des phénomènes de résonance apparaîtront dans ces conditions particulières, conduisant à des comportements dangereux de la cargaison de gaz liquide, pouvant conduire à des déferlements très violents de la houle en résonance contre les parois des cuves. Ces déferlements peuvent alors conduire à l'endommagement, voire à la ruine du système de confinement ou d'isolation, mettant ainsi en grand danger le navire et tout son personnel .
Des essais menés sur maquettes dynamiques par la demanderesse ont mis en évidence que la formation d'une agitation de type houle au sein d'une cuve de stockage de gaz liquéfié d'un navire, se trouve perturbée par un courant horizontal créé dans la zone proche de la surface dudit gaz liquéfié, tel que représenté sur la même figure 4, ledit courant étant créé par exemple par un dispositif 40 générant un jet sortant d'une buse 41 alimentée en liquide (méthane liquéfié) sous pression par une conduite ou collecteur horizontal 40a alimenté par une pompe extérieure à la cuve non représentée, en liquide provenant de la cuve et fixée à proximité de la paroi 2a par le biais d'une structure support 42. Ledit jet est alors avantageusement dirigé vers le haut et, les particules une fois arrivées en surface, le jet change naturellement de direction pour former un jet horizontal . La combinaison des jets verticaux et horizontaux perturbe localement les mouvements orbitaux des particules, tel qu'expliqué précédemment et perturbe donc la formation d'une houle au sein de la cuve, et donc les phénomènes redoutés de résonance. S'il convient de disposer de jets de très forte puissance pour calmer une houle déjà largement formée, par contre, pour empêcher une houle de s'amplifier et d'atteindre des conditions de résonance, les puissances requises sont beaucoup plus faibles, et peuvent être d'un ordre inférieur. Dans cette même figure, on a avantageusement disposé trois dispositifs 40a-40c situées à des altitudes différentes, par exemple pour une cuve de 20m de hauteur à 2,7 et 12m de la paroi de fond 2b, contre ladite paroi latérale 2a de manière à n'en actionner qu'un seul dans des conditions optimales. En effet, lorsque le niveau de remplissage est intermédiaire, comme représenté sur la figure, on alimente seulement le dispositif intermédiaire 40b qui se trouve proche de la surface, les autres dispositifs 40a et 40c étant désactivés. Si le niveau dans la cuve est haut, on alimente seulement le collecteur supérieur du dispositif 40a, alors que si le niveau est bas on alimente seulement le collecteur du dispositif inférieur 40c. Sur la figure 2 on a représenté un dispositif 21 selon l'invention constitué d'un flotteur 20a guidé en coulissement libre le long d'un poteau 20b s'étendant verticalement entre le fond 2b et le plafond 2e de la cuve. Ledit flotteur supporte une pompe immergée 21a à Im de la surface libre, alimentée par un câble électrique non représenté, aspirant le gaz liquéfié GNL directement dans la cuve et le refoulant par une buse horizontale 21b, pour créer un courant horizontal transversal perturbateur, à proximité de la surface 3a du gaz liquéfié. Sur la même figure 2, on a disposé un câble électrique chauffant 30a disposé près du fond 2b de ladite cuve, sensiblement parallèlement à l'axe du navire, et destiné à vaporiser le gaz liquéfié par effet joule. L'échauffement localisé produit ainsi des bulles qui remontent alors vers la surface créant ainsi un courant ascendant vertical qui, au niveau de la surface 3a dudit gaz liquéfié, se sépare en deux courants horizontaux de direction opposée, l'un vers bâbord et l'autre vers tribord . Sur la droite de la même figure, on a installé un dispositif 22 également immergé à Im de la surface libre qui est une variante du dispositif précédent constituée d'un flotteur 20a guidé en coulissement libre le long d'un poteau 20b s'étendant verticalement entre le fond 2b et le plafond 2e de la cuve. Ledit flotteur supporte un moteur électrique 22a, alimenté par un câble électrique non représenté, actionnant une hélice22b d'axe horizontal, pour créer un courant horizontal transversal perturbateur, à proximité de la surface 2d du gaz liquéfié.
Sur la figure 1 on a représenté trois autres variantes de dispositif de l'invention installés au sein de la cuve 2, respectivement un dispositif 50 comprenant une rampe horizontale munie d'une pluralité d'orifices d'éjection espacés de 0,5 à 3m destiné à injecter un gaz depuis le fond de ladite cuve formant un courant ascendant d'un rideau de gaz 6 s'étendant dans la direction longitudinale de la cuve comme montré sur les figures 5 à 7. Les bulles formées remontent vers la surface et créent un courant ascendant qui, proche de la surface, se sépare en deux courants opposés, l'un vers tribord, l'autre vers bâbord . Un second dispositif constitué d'un élément chauffant 30a, par exemple un câble électrique, ou encore une conduite traversée par un fluide caloporteur 30b supporté en 31a au niveau du fond de la cuve comme représenté sur la figure 2, suspendu au sommet de deux supports verticaux 31b comme détaillé sur la figure 3, ledit élément chauffant regazéifiant le GNL et produisant ainsi des bulles qui remontent alors vers la surface créant ainsi un fluide calmant constitué par un courant ascendant vertical en forme de rideau de gaz 6 qui, au niveau de la surface 3a dudit gaz liquéfié, se sépare en deux courants horizontaux de direction opposée, l'un vers bâbord et l'autre vers tribord . Enfin, sur la droite, un dispositif 40 installé au niveau du fond de la cuve, constitué d'une buse 41 alimentée par un collecteur 40a alimenté en gaz liquéfié GNL par une pompe non représentée, crée un fluide calmant constitué par un mouvement ascendant du liquide qui se sépare vers bâbord et tribord lorsqu'il atteint la surface libre 3a du liquide.
Sur la figure 3 on a représenté en vue de dessus un navire méthanier équipe de trois cuves, la cuve sur l'avant du navire étant équipée de deux rampes de buses horizontales 50 alimentées en gaz sous pression, de deux pompes flottantes 21 équipées de buses et situées dans les angles 2d de la cuve sur bâbord, de deux propulseurs à hélice flottants 22 tels que décrits en référence à la figure 2, dans les angles 2d de la cuve sur tribord et d'un conduit central 30b traversé par un fluide caloporteur destiné à regazeifier le gaz liquéfié pour former un rideau de gaz central . Sur les figures 1 et 3 la conduite 30b et câble 30a sont suspendus à 2 à 5m du fond de la cuve. Avantageusement, une pluralité de conduites 30b ou câbles 30a sont installées à demeure à diverses altitudes de la cuve, par exemple tous les 3m.
Dans une version détaillée sur la figure 5, on crée un rideau de bulles en injectant de l'azote dans une rampe équipée de buses et située soit au fond de la cuve, soit à une altitude variable. A cet effet, l'azote est stocké à l'état liquide dans un réservoir 51 et est envoyé dans un échangeur de chaleur 52 au moyen d'une pompe doseuse 51a. Au sein dudit échangeur de chaleur 52, l'azote liquide (-1960C) se transforme en gaz grâce aux calories apportées, par exemple, par de la vapeur d'eau à haute température arrivant chaude en 52a et ressortant sous la forme d'eau froide condensée en 52b, puis rejoint la rampe 50 munie d'une pluralité de buses 50-1. L'azote gazeux remonte alors vers la surface en créant un courant vertical ascendant, donc un fluide calmant, au sein du méthane liquide ou GN L (-1650C) et se mélange au ciel de gaz 2f, ce dernier étant alors constitué d'un mélange de méthane et d'azote. Le mélange est alors récupéré au niveau du plafond 2e de la cuve et est envoyé 56 dans un séparateur 53, par exemple de type tamis moléculaire, où une partie du méthane est séparé et envoyé par 53i pour participer, par exemple comme carburant dans la machine de propulsion du navire 57. Le mélange restant est alors redirigé par 533 vers le collecteur 50 par un compresseur 53a qui assure ainsi la circulation du mélange destiné à produire le rideau de bulles, créant le courant ascendant de fluide calmant au sein du GN L.
Ainsi, au démarrage du dispositif, on ouvre la vanne d'isolation 52c, puis on alimente l'échangeur 52 en fluide caloporteur (vapeur d'eau), puis on actionne la pompe doseuse 51a de manière à regazéifier l'azote liquide, puis simultanément on actionne la pompe de circulation 53a, créant ainsi le rideau de bulles recherché au sein du GN L. Lorsque le régime de circulation est stabilisé et que suffisamment d'azote a été injecté dans le dispositif, on arrête la pompe d'injection 51a et on ferme la vanne 52c. L'azote contenue dans la boucle constituée par le ciel de gaz 2f de la cuve, le séparateur 53 et les conduites de raccordement, reste constant dans la mesure où le séparateur 53 présente une efficacité suffisante et n'envoie que du méthane comme carburant vers la machine principale 57, soit du type turbine à vapeur, soit du type moteur à piston.
En réalité, une partie de l'azote gazeux se dissout dans le GN L, et on contrôle de manière continue la concentration en azote du ciel de gaz 2f, et l'on refait avantageusement l'appoint en azote en regazéifiant de l'azote liquide comme expliqué précédemment.
Au cas où la séparation ne serait pas parfaite, le gaz envoyé comme carburant contiendrait alors de l'azote en plus du méthane, ce qui n'est pas gênant pour le fonctionnement de ladite machine principale 57. Par contre, on contrôlera la concentration en azote et l'on refait avantageusement l'appoint en azote de manière continue, comme expliqué précédemment.
Sur la figure 6 on a représenté le dispositif de la figure 5 équipé d'une première unité de reliquéfaction d'azote 55a et d'une seconde unité de reliquéfaction de méthane 55b, utiles lors de la phase d'arrêt du rideau de bulles. En effet, si l'on veut arrêter le rideau de bulles, on continue à faire circuler le mélange de gaz, mais le séparateur étant muni d'une sortie azote 53i et d'une sortie méthane 532, l'azote est avantageusement reliquéfié dans l'unité 55a avant d'être renvoyé au réservoir 51b, de même, tout ou partie du méthane est reliquéfié dans l'unité 55b avant d'être renvoyé à la cuve de stockage de méthane liquide, le reliquat étant avantageusement dirigé vers la machine principale 57 pour y être utilisé comme carburant.
La circulation en boucle du mélange d'azote et de méthane engendre un apport d'énergie important, dû au compresseur de circulation 53a, et il en résulte une regazéification d'une portion significative de méthane liquide qu'il convient d'évacuer car le ciel de gaz des cuves doit rester sensiblement à la pression atmosphérique ambiante, la structure des cuves et du navire n'étant pas conçue pour supporter des augmentations significatives de pression au sein des cuves. Il est ainsi nécessaire soit d'évacuer le méthane gazeux, par exemple en l'utilisant comme carburant pour la machine principale, comme expliqué précédemment en référence à la figure 5, ou/et de le reliquéfier comme expliqué précédemment en référence à la figure 5. Il convient de noter que l'azote ayant une température de liquéfaction sensiblement égale à -196°C à la pression atmosphérique, ne sera jamais en phase liquide dans le méthane liquéfié à une température sensiblement égale à -163°C.
Sur la figure 7 on a représenté une version préférée de l'invention selon la figure 5, dans laquelle le mélange azote-méthane gazeux quitte le séparateur 53, puis traverse le compresseur 53a et traverse un échangeur de chaleur 54 en contact avec l'azote liquide à -196°C. A cette température, le méthane se reliquéfie en GN L, et un mélange d'azote gaz et de méthane gaz et de GN L descend alors dans la conduite de sortie 54a. Ladite conduite 54a rejoint la rampe 50 et l'azote gaz, avec éventuellement des traces de méthane gazeux est dirigé vers la rampe d'injection 50, alors que le méthane liquide, ou GN L, est évacué en partie basse de ladite conduite 54a, par une conduite 54b vers le bas de la cuve 2. La pression hydrostatique crée par le compresseur 53a est telle que le méthane liquide contenu dans la cuve ne peut pas remonter dans la conduite 54b, ni atteindre la rampe d'injection de gaz 50. La liquéfaction du méthane en GN L au sein de l'échangeur 54 absorbe des calories et donc fait bouillir l'azote liquide au sein du réservoir 51 ; l'azote gazeux produit est avantageusement dirigé par une conduite 50a vers la conduite 533, de préférence juste en amont du compresseur 53a. Ledit azote gazeux produit peut avantageusement être reliquéfié au sein d'une unité de type 55a, non représentée et l'azote liquide produit est alors simplement redirigé vers ledit réservoir 51.
Dans la description des rideaux de bulles en référence aux figures 5, 6 et 7, la rampe d'injection 50 se trouve située en partie basse de la cuve 2. Mais, on installe avantageusement une pluralité de dites rampes 50a-50e à des altitudes variables, par exemple à 0, 5, 10 et 15m pour une cuve de 20m de hauteur, soit près des parois latérales des cuves, soit vers l'axe du navire, comme représenté sur la figure 4. Les rampes sont ainsi installées à plusieurs niveaux et sont solidaires d'un support vertical 5O2 reliant le sol 2b de ladite cuve au plafond . Elles traversent la cuve 2 de part en part, par exemple parallèlement à l'axe du navire et sont alimentées à partir d'une extrémité au niveau des parois verticale en mélange gazeux N2+CH4 sous pression. Ainsi, soit on alimente l'une des rampes située en dessous de la surface 3a du gaz liquéfié, soit on alimente avantageusement plusieurs rampes 50c et 5Od situées à des profondeurs différentes sous la surface 3a dudit gaz liquéfié. L'injection de gaz étant par exemple séparé en deux flux à des pressions hydrostatiques différentes, le premier flux représentant par exemple 70% en volume, est éjecté au niveau du collecteur 50c le plus près de la surface 3a, les 30% restant sont éjectés plus bas 5Od à une pression hydrostatique supérieure, au niveau du collecteur 5Od dessous 50c. En procédant ainsi, on optimise avantageusement le courant ascendant créé et donc les performances et l'efficacité du fluide calmant, en fonction du niveau de remplissage de la cuve et de la position desdites rampes d'injection par rapport aux parois de la cuve.
Les angles verticaux 2d des cuves sont des zones où, en cas de déferlement, risquent de se produire des chocs importants en raison de la forme en trièdre créé par les deux parois verticales et le plafond de la cuve. Dans ces zones, on combinera avantageusement comme représenté sur la figure 3, des injections de mélange gazeux et des flux de méthane liquide créés par des buses associées à des rampes 40a-40c telles que représentées sur la figure 4. Dans ces zones sensibles, la combinaison des deux flux permet de créer des mouvements de fluide très importants, et de par la présence de bulles de gaz, ledit fluide présente une compressibilité très élevée, ce qui permet d'atténuer fortement les effets d'éventuels chocs produits, la majeure partie de l'énergie du déferlement étant absorbée par la compressibilité desdites bulles ainsi créées. Ladite énergie de déferlement étant le cas échéant transformée en chaleur, ce qui, par vaporisation locale du méthane liquide, augmente d'autant la quantité de méthane gazeux circulant en boucle dans le dispositif.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, on mettra avantageusement en œuvre une pluralité de rampes 50a-50d, superposés tel que décrit en référence à la figure 4.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, on établit des courants horizontaux transversaux pour toute la longueur de la cuve à l'aide desdites rampes 50, disposées à proximité des parois latérales longitudinales verticales d'une part, et d'autre part, des courants horizontaux localisés uniquement dans les angles de la cuve, disposés angulairement non parallèles à la direction longitudinale de la cuve en direction d'un axe central vertical à mi-longueur le long de la direction longitudinale de la cuve, c'est-à-dire selon une diagonale d'une cuve à section horizontale longitudinale rectangulaire. Sur les figures 5 à 7, on a représenté un rideau gazeux continu sur toute la longueur de la cuve. Toutefois, on peut prévoir une pluralité de rideaux gazeux espacés les uns des autres successivement dans la direction longitudinale de la cuve, en variant l'espace entre les buses 5Oi de la rampe 50.
Dans la description de l'invention, on a principalement décrit les dispositifs comme étant installés sur les parois des cuves parallèles à l'axe du navire. Mais, on disposera en outre avantageusement, des dispositifs sur les parois desdites cuves, transversalement, c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe longitudinal XX du navire, ces dispositifs étant plus particulièrement efficaces dans le cas de phénomènes de résonance dus au tangage ou au cavalement du navire.
Dans une version préférée de l'invention, on injecte par les buses, non pas du gaz azote, ou un mélange d'azote et de méthane, mais directement de l'azote liquide à -196°C (à la pression atmosphérique normale), stocké dans des réservoirs annexes spécifiques. Ainsi, le gaz arrive à l'état liquide dans les rampes de diffusion et est éjecté à l'état liquide au sein du GN L. Ce dernier étant à une température plus élevée (-1650C à la pression atmosphérique normale), réchauffe alors l'azote liquide qui se vaporise en transférant au GN L sa chaleur latente de vaporisation. Ainsi, dans cette version préférée, l'azote étant transféré dans les conduites à l'état liquide, nécessite des conduites de diamètre très réduit par rapport aux conduites nécessaires à véhiculer l'azote sous forme gazeuse. De plus, ce transfert de chaleur latente de l'azote en cours d'évaporation crée un apport de frigories au GN L et limite d'autant la vaporisation dudit GNL, ce qui facilite la gestion du gaz méthane qu'il aurait fallu soit reliquéfier, soit diriger vers la machine principale pour servir de carburant. Ainsi, on fabrique avantageusement, et en continu, de l'azote liquide à partir de l'air ambiant, par séparation d'avec l'oxygène et les divers gaz rares, puis on stocke cet azote liquide dans des réservoirs dédiés et l'on prélève dès que nécessaire l'azote liquide que l'on envoie dans le circuit des rampes de distribution, vers les cuves concernées par les risques de phénomènes redoutés de sloshing . Dans la présente invention, on a décrit les cuves de GN L comme étant cylindriques à section polygonale, mais on reste dans l'esprit de l'invention dès lors que la section transversale comprend une partie polygonale et une partie courbe, telle que décrite par exemple dans le brevet WO-2001-30648, étant entendu que ladite partie courbe peut être assimilée, sur le plan mathématique et géométrique, à un polygone de longueur développée finie, comportant une infinité de côtés de longueurs unitaires infiniment petites.

Claims

REVEN DICATIONS
1. Navire ou support flottant (1) de transport ou de stockage de liquide (3) comprenant une grande cuve, ledit liquide consistant dans un gaz liquéfié, de préférence choisi parmi les méthane, éthylène, propane et butane, refroidi dans ladite grande cuve (2), ladite grande cuve présentant sa longueur disposée dans la direction longitudinale (XX') du navire et étant, de préférence cylindrique à section transversale au moins en partie de section polygonale d'axe dans la direction longitudinale (XX') du navire, isolée thermiquement (2c) de grande dimension avec au moins sa plus petite dimension dans la direction horizontale, notamment sa largeur, supérieure à 20m de préférence de 25 à 50m et un volume supérieur à 10.000m3, caractérisé en ce que ledit réservoir est équipé d'au moins un dispositif d'atténuation de mouvements de dit liquide comprenant des moyens de déplacement (21, 22, 30a, 30b, 40, 50) dudit liquide de gaz liquéfié au sein dudit réservoir pour former un courant horizontal juste dessous la surface libre dudit gaz liquéfié au moins localement sur une profondeur d'au moins 0,5 mètre, de préférence au moins 2m.
2. Navire ou support flottant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement dudit liquide de gaz liquéfié au sein dudit réservoir créent un déplacement dudit gaz liquéfié dans une direction non parallèle à ladite direction axiale longitudinale de la cuve, de préférence dans une direction transversale (YY') perpendiculaire à ladite direction axiale longitudinale (XX') de la cuve.
3. Navire ou support flottant de transport ou de stockage de liquide selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement dudit liquide sont des moyens d'éjection de fluide (40,50), ledit fluide liquide ou gazeux étant choisi parmi un fluide liquide consistant dans dudit gaz liquéfié, de préférence du GN L ou un fluide gazeux comprenant un gaz inerte, de préférence de l'azote, ou un gaz correspondant à celui dudit gaz liquéfié contenu dans la dite cuve mais à l'état gazeux, ou un mélange des deux.
4. Navire ou support flottant de transport ou de stockage de liquide selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on crée un courant gazeux vertical au sein de ladite cuve dessous la surface libre dudit gaz liquéfié, de préférence depuis le fond (2b) de la cuve et à proximité des parois latérales (2a) de la cuve.
5. Navire ou support flottant de transport ou de stockage de liquide selon l'une des revendications 1, 2 ou 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'éjection de fluide liquide ou gazeux comprennent au moins une pompe (51a, 53a) à l'extérieure de ladite cuve et au moins une rampe de buses (40,50) consistant en conduite d'amené (40a-40c,50a-50e) dudit fluide disposée horizontalement dessous la surface (3a) du liquide au sein de ladite cuve, de préférence au moins une dite conduite d'amenée disposée à proximité de la paroi de fonds (2b), ladite conduite d'amenée de fluide comportant comprenant une pluralité de buses d'éjection (41,50- 1) dudit fluide vers le haut en direction de la surface dans la direction verticale, les différentes buses successives d'une même conduite d'amenée étant de préférence espacées l'une de l'autre d'au moins 0,5 m, de préférence encore de 1 à 5m.
6. Navire ou support flottant de transport ou de stockage de liquide selon la revendication 5, caractérisé en ce que la ou lesdites conduites d'amenée (40a-40c, 50a-50e) du fluide sont disposées dans la direction transversale (YY') ou de préférence longitudinale (XX') de ladite cuve, de préférence à proximité de chacune des deux parois latérales opposées de la cuve.
7. Navire ou support flottant de transport ou de stockage de liquide selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite cuve comprend une pluralité de dites rampes de buses (40, 50) disposées les unes au dessous des autres dans un même plan vertical à des distances différentes de la surface, de préférence avec une dite rampe à buses (40- 1, 51) verticales disposée à proximité de la paroi de fonds (2b) de ladite cuve.
8. Navire ou support flottant de transport ou de stockage de liquide selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite cuve comprend des dits moyens de déplacement de gaz liquéfié par génération d'un rideau de flux gazeux ascendant (6), de préférence ledit rideau gazeux s'étendant dans une direction longitudinale de ladite cuve, de préférence en position axiale de ladite cuve ou contre ses dites parois latérales verticales (2a ), ledit moyen de génération de rideau gazeux étant choisi parmi : a) desdits moyens d'injection de fluide (50,50a-50e) à l'état liquide ou gazeux à buses d'éjection, de préférence dans une direction verticale, ledit gaz comprenant de préférence de l'azote gazeux, et b) des moyens de chauffage immergés comprenant une conduite traversée par un fluide caloporteur (30b) ou une résistance de chauffage par effet joule sous forme d'élément longitudinal (30a) apte à chauffer et regazeifier ledit gaz liquéfié en contact avec ledit moyen de chauffage, de préférence ledit élément rectiligne s'étendant dans la direction longitudinale (XX') ou transversale (YY') de ladite cuve.
9. Navire ou support flottant selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit élément longitudinal de chauffage par effet joule est un câble électrique (30a).
10. Navire ou support flottant de transport ou de stockage de liquide selon l'une des revendicationsl à 9, caractérisé en ce que ladite cuve comprend des moyens de déplacement direct de liquide consistant dans une pompe d'aspiration et refoulement (21) dudit gaz liquéfié par une buse de refoulement horizontale (21a) montée sur ladite pompe immergée, ou une hélice de propulsion motorisée (22,22a-22b), immergée dans ladite cuve, de manière à déplacer ledit gaz liquéfié dans une dite direction horizontale, de préférence une direction non parallèle à ladite direction axiale longitudinale, dessous la surface du gaz liquéfié, ladite pompe ou hélice étant montée sur un flotteur (20a) de manière à rester immergée en permanence à distance sensiblement constante de la surface dudit gaz liquéfié contenu dans ladite cuve, de préférence à une profondeur de 0,5 à 5m, de préférence encore le dit flotteur étant monté à coulissement verticale sur un support vertical immergé (20b).
11. Navire ou support flottant selon la revendication 10, caractérisé en ce lesdits moyens de déplacement direct par propulsion motorisée à hélice (22) ou desdites pompes d'aspiration et refoulement (21) sont disposés dans des angles (2d) de ladite cuve et sont orientés pour déplacer ledit gaz liquéfié dans une direction horizontale en direction de la zone centrale de ladite cuve, de préférence dans chacun des quatre angles d'une section horizontale rectangulaire de ladite cuve.
12. Navire ou support flottant de transport ou de stockage de liquide selon les revendications 5, 8 et 11, caractérisé en ce lesdits moyens de déplacement de liquide comprennent au moins :
(a) une rampe de buses d'éjection de fluide à l'état liquide ou gazeux, de préférence d'azote liquide ou gazeux, reposant sur la paroi de fond ou une pluralité de rampes superposées (50a-50c) à proximité des parois latérales verticales de la cuve, apte à former un rideau gazeux, de préférence d'azote ou de mélange d'azote et gaz correspondant à celui dudit gaz liquéfié, et
(b) des dits moyens de déplacement direct par propulsion à hélice (22) ou des pompes d'aspiration et refoulement (21) de dit gaz liquéfié disposées dans chacun des 4 angles (2d) d'une dite cuve, comprenant une section horizontale rectangulaire, orientées pour déplacer le gaz liquéfié en direction de la zone centrale de la cuve, c'est-à-dire en direction de l'axe central vertical à mi longueur de la cuve, le long de son axe longitudinal médian (XX').
13. Navire ou support flottant de transport ou de stockage de liquide selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ladite cuve comprend en son sein desdits moyens d'injection de gaz (50), ledit gaz comprenant de préférence de l'azote gazeux, et un dispositif d'alimentation (60) en gaz desdits moyens d'injection de gaz comprenant à l'extérieur de ladite cuve au moins un réservoir d'azote liquide (51), une première pompe de circulation de liquide (51a) apte à envoyer le dit azote liquide dans un premier échangeur de chaleur (52) dont le fluide caloporteur est l'eau de mer, ledit premier échangeur étant apte à gazéifier l'azote liquide stocké dans le dit réservoir (51) avant de l'envoyer dans des dites rampes horizontales à buses verticales (50), une unité de séparation de gaz (53 ) apte à séparer le mélange gazeux évacué (56) de ladite cuve comprenant l'azote gazeux et ledit gaz correspondant au dit gaz liquéfié à l'état gazeux et une deuxième pompe de circulation (53a) apte à compresser et renvoyer ledit mélange gazeux dans lesdites rampes d'injection de gaz (50).
14. Navire ou support flottant de transport ou de stockage de liquide selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit dispositif d'alimentation en gaz (60) comprend en outre en sortie dudit séparateur (53), au moins une unité de liquéfaction de l'azote (55a) et/ou une unité de liquéfaction dudit gaz correspondant au dit gaz liquéfié (55b), aptes à reliquéfier l'azote ou respectivement ledit gaz avant de l'envoyer dans ledit réservoir d'azote (51) ou respectivement dans ladite cuve (2).
15. Navire ou support flottant de transport ou de stockage de liquide selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit dispositif d'alimentation en gaz (60) comprend en outre une unité de liquéfaction dudit gaz correspondant au dit gaz liquéfié constitué par un deuxième échangeur de chaleur (54) immergé dans l'azote liquide au sein dudit réservoir coopérant avec une pompe de circulation (53a) apte faire circuler ledit azote gazeux et ledit gaz liquéfié (3) dans des conduites alimentant respectivement lesdites rampes (50) et ladite cuve (2).
16. Navire ou support flottant de transport selon la revendication
12, caractérisé en ce que ladite cuve comprend en son sein des moyens d'injection d'un fluide consistant en un second gaz liquéfié apte à se vaporiser au contact dudit premier gaz liquéfié contenu dans la cuve à une température supérieure à celle dudit second gaz liquéfié, ledit second gaz liquéfié étant de préférence de l'azote liquide, de préférence à partir d'un réservoir extérieur de dit second gaz liquéfié, lesdits moyens d'injection comprenant au moins une dite rampe horizontale à buses verticales.
17. Procédé d'atténuation de mouvements de liquide dans ladite cuve d'un navire ou support flottant selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'on établit un dit courant horizontal de gaz liquéfié au- dessous de la surface (3a) dudit liquide sur une profondeur d'au moins 0,5m de préférence au moins 2m, par éjection de liquide et/ou par établissement d'un courant gazeux, de préférence un courant gazeux ascendant de fluide gazeux comprenant de l'azote.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'on injecte de l'azote gazeux dans desdites rampes de buses (50,50a-50e), tel que défini dans une des revendications 5 à 8.
19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que lesdites rampes de buses sont alimentées en gaz par un dit dispositif d'alimentation en gaz tel que défini dans l'une des revendications 12 à 14.
20. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'on injecte un second gaz liquéfié, de préférence de l'azote liquide dans des dites rampes de buses (50a-50e), ledit second gaz liquéfié étant ainsi éjecté à l'état liquide au sein dudit premier gaz liquéfié contenu dans la cuve, le dit second gaz liquéfié se gazéifiant et créant ainsi un courant gazeux ascendant au sein dudit premier gaz liquéfié, ce dernier étant à une température plus élevée que ledit second gaz liquéfié.
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