WO2013124573A1 - Éléments calorifuges pour cuve étanche et thermiquement isolée - Google Patents

Éléments calorifuges pour cuve étanche et thermiquement isolée Download PDF

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WO2013124573A1
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insulating
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longitudinal
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Mohamed Sassi
Gery Canler
Julien OLLIVIER
Alain Virgl
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Gaztransport Et Technigaz
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Definitions

  • the invention relates to the field of the manufacture of sealed and thermally insulated tanks.
  • the present invention relates to tanks for containing cold liquids, for example, tanks for the storage and / or transport of liquefied gas by sea.
  • LNG liquefied natural gas
  • the invention provides a sealed and thermally insulating tank arranged in a supporting structure for containing a fluid at low temperature
  • a wall of the tank comprises:
  • thermally insulating barrier consisting of a plurality of heat insulating elements juxtaposed to form a substantially uniform support surface for the sealing barrier
  • a heat insulating element having a substantially parallelepipedal shape and comprising:
  • the upper panel fixed on the rigid insulating layer and supporting the sealing barrier, the upper panel having a coefficient of thermal expansion less than the coefficient of thermal expansion of the insulating layer and
  • the panel base having a coefficient of thermal expansion less than the coefficient of thermal expansion of the insulating layer.
  • such a tank may comprise one or more of the following characteristics.
  • the top panel, the bottom panel and the insulating layer are arranged in such a way that the bending stresses generated by differential expansion compensate substantially so as to avoid bending deformations of the heat-insulating element when the wall
  • the vessel is subjected to a temperature gradient between the inside and the outside of the tank.
  • the bottom panel has a bending stiffness less than the bending stiffness of the top panel.
  • the bottom panel has a thickness less than the thickness of the upper panel.
  • the bottom panel has slits extending through a portion of the thickness of the bottom panel and extending in a direction parallel to one side of the bottom panel.
  • the vessel wall further comprises a secondary sealing barrier and a secondary heat-insulating barrier
  • the secondary sealing barrier comprises parallel metal sheet strips whose longitudinal edges are raised projecting inwardly of the vessel and parallel welding wings retained on the secondary thermally insulating barrier and projecting inwardly of the tank each between two strips of sheet metal to form a sealed welded joint with the adjacent raised longitudinal edges, the sheet metal strips and the welding flanges extending in a longitudinal direction of the heat-insulating elements of the primary thermally insulating barrier disposed on the secondary waterproofing barrier,
  • the bottom panel has transverse slots extending through a portion of the thickness of the bottom panel, the slots extending in a direction perpendicular to the longitudinal lower grooves.
  • the upper panel is capable of generating a higher bending stress in the differential expansion lagging element when the vessel wall is subjected to a temperature gradient between the inside of the tank and the outside of the tank. tank.
  • the bottom panel is able to generate a lower bending stress in the differential expansion lagging element when the cell wall is subjected to a temperature gradient between the inside and the outside of the tank. .
  • the bottom panel has longitudinal bottom panel portions delimited by the longitudinal lower grooves,
  • elongate shims being attached astride between two longitudinal bottom panel portions contiguous to stiffen the bottom panel, the shims extending in the thickness of the insulating layer and defining a space in which the longitudinal edges and the longitudinal edges extend. welding wings.
  • the shims are fixed by their base above the longitudinal parts of the bottom panel, the base of the shim further having a channel extending along the shim and defining said space.
  • the wedges have a U-shaped profile shape, the wedge having a wing on each end of the U,
  • the longitudinal bottom panel portions having outer surfaces under the longitudinal bottom panel portions on which the profile flanges are fixed.
  • a plurality of shims are straddled and aligned between two adjacent longitudinal panel portions.
  • the heat-insulating element further comprises an upper insulating layer, glued under the upper panel and an intermediate panel bonded under the upper insulating layer, said rigid insulating layer constituting a lower insulating layer fixed under the intermediate panel and the bottom panel being fixed under the lower insulating layer,
  • the heat insulating element having said longitudinal lower grooves and said transverse slots passing through the bottom panel and extending through the thickness of the lower insulating layer
  • the longitudinal lower grooves and the transverse slots pass through the entire thickness of the lower insulating layer.
  • the vessel wall further comprises a secondary sealing barrier and a secondary heat-insulating barrier
  • the secondary sealing barrier comprises parallel metal sheet strips whose longitudinal edges are raised projecting inwardly of the vessel and parallel welding wings retained on the secondary thermally insulating barrier and projecting inwardly of the tank each between two strips of sheet metal to form a sealed welded joint with the adjacent raised longitudinal edges, the sheet metal strips and the welding flanges extending in a longitudinal direction of the heat insulating element of the primary insulating barrier disposed on the secondary sealing barrier,
  • the bottom panel has a coefficient of thermal expansion greater than the coefficient of thermal expansion of the upper panel.
  • a tank can be part of a land storage facility, for example to store LNG or be installed in a floating structure, coastal or deep water, including a LNG tank, a floating storage and regasification unit (FSRU) , a floating production and remote storage unit (FPSO) and others.
  • FSRU floating storage and regasification unit
  • FPSO floating production and remote storage unit
  • a vessel for the transport of a cold liquid product comprises a double hull and a aforementioned tank disposed in the double hull.
  • the invention also provides a method of loading or unloading such a vessel, in which a cold liquid product is conveyed through isolated pipes from or to a floating or land storage facility to or from the vessel vessel.
  • the invention also provides a transfer system for a cold liquid product, the system comprising the abovementioned vessel, insulated pipes arranged to connect the vessel installed in the hull of the vessel to a floating storage facility. or terrestrial and a pump for driving a flow of cold liquid product through the insulated pipelines from or to the floating or land storage facility to or from the vessel vessel.
  • the invention starts from the observation that, when a sealed and thermally insulated tank is filled with liquefied natural gas, the difference in temperature between the outside of the tank and the inside of the tank generates a thermal gradient within the heat insulating elements. .
  • This thermal gradient can cause differential expansion phenomena causing the bending of the heat-insulating elements, and therefore the bending of the watertight barriers supported by them.
  • This inflection may occur in particular when means for attaching the heat-insulating element in the tank are not able to take up the bending stresses of the heat-insulating element, for example when the heat-insulating element is not fixed in its peripheral zone but only at the level of a central area of its lower surface.
  • An idea underlying the invention is to prevent the deformation of the membrane of a tank wall supported by heat insulating elements, by providing heat-insulating elements which remain substantially flat when subjected to a thermal gradient generated by the filling of the tank with a cold product.
  • Certain aspects of the invention start from the idea of avoiding the bending of a heat-insulating element, which comprises a layer of rigid monobloc foam fixed between a first and a second panel, by compensating for the bending stresses generated within the insulation. heat insulating element by the thermal contraction differential.
  • Certain aspects of the invention are based on the idea of compensating for bending stresses by adapting the rigidity to the bending of a panel of the heat insulating element, for example by making slots in the panel, or by adapting the thickness of the panel.
  • Certain aspects of the invention start from the idea of compensating the bending stresses by providing the connection between several parts forming one of the panels to ensure continuity in its flexural rigidity, for example by connecting several separate parts of the panel by wedges. .
  • Certain aspects of the invention start from the idea of avoiding the deformation of the heat-insulating element by segmenting the heat-insulating element over a part of its thickness located under an intermediate panel disposed within the layer of insulating foam, the panel intermediate being arranged to compensate for bending stresses in the heat insulating element.
  • Certain aspects of the invention start from the idea of avoiding the deformation of the heat-insulating element by choosing a coefficient of different thermal contraction for each of the panels so as to compensate for the bending stresses generated in the heat-insulating element.
  • FIG. 1 is a partial view broken away in perspective of a vessel wall.
  • FIG. 2 is a partial perspective view from below of a heat insulating element suitable for forming a primary insulating barrier of the cell wall of FIG. 1.
  • Figure 3 is an enlarged view of the area III of Figure 2 which includes a transverse slot.
  • Figure 4 is an enlarged view of the area IV of Figure 2 which comprises a shim.
  • Figure 5 is a view similar to Figure 4 showing a wedge variant.
  • Figure ⁇ is a perspective view from below of a heat insulating element having shims shown in Figure 5.
  • FIG. 7 is a perspective view from above of a variant of the heat insulating element of FIG. 2 comprising an intermediate panel.
  • Figures 8 and 9 are side views of the heat insulating element shown in Figure 7.
  • Figure 10 is a schematic cutaway representation of a LNG tank vessel and a loading / unloading terminal of this vessel. We will briefly recall the phenomenon of differential contraction with a simple example illustrated schematically in Figure 1 1.
  • a plywood panel 37 is adhered to a thicker one-piece polymer foam layer 36.
  • the plywood panel 37 and the polymeric foam layer 36 are subjected to a thermal gradient 38 downward. This means that the temperature at the plywood panel 37 is below the temperature at the bottom surface 41 of the polymeric foam layer 36.
  • Insulating foam has a greater coefficient of thermal expansion than plywood.
  • the foam shrinks more with respect to the ambient temperature than the plywood panel 37 under the effect of the thermal gradient 38.
  • the polymer 36 is stiffer in bending than the plywood panel 37, the panel 37 and the polymeric foam layer 36 tend to flex along the convex curvature 39.
  • Figure 1 shows a partial view of a tank wall of a LNG tanker.
  • the carrying structure 8 is constituted by the inner wall of a double hull of a ship.
  • the vessel wall is composed of a secondary thermally insulating barrier 1 carrying a secondary watertight barrier 2.
  • the secondary watertight barrier 2 itself carries a primary thermally insulating barrier 3 on which a primary watertight barrier 4 is based.
  • the secondary heat-insulating barrier 1 and the primary heat-insulating barrier 3 respectively consist of secondary and primary heat-insulating elements 5.
  • Anchors 7 hold the secondary heat-insulating elements 5 in abutment on the supporting structure 8.
  • Anchoring can be achieved in various ways, in particular as described in the French patent application filed under the number 1 1 62214.
  • Other anchoring members are described in the patent FR2887010. These examples are not limiting.
  • the anchoring members 7 are for example fixed to the supporting structure 1 by means of studs (not shown) welded to the supporting structure 8.
  • the secondary elements 5 have inverted T-shaped grooves 9.
  • the grooves 9 slidably accommodate weld supports in the form of L-shaped metal strips. Striking edges 10 are welded to these supports. welding (not shown).
  • These strakes 10 made of nickel steel with a low coefficient of expansion form the secondary watertight barrier 2.
  • the primary elements 6 rely on the secondary watertight barrier 2. These comprise grooves January 1 to accommodate the raised edges 12 strakes 10 welded to the weld supports. Primary retaining members 13 maintain the primary heat-insulating elements 6 against the secondary heat-insulating barrier 3.
  • the primary heat-insulating elements 6 and secondary 5 have a parallelepipedal shape.
  • the primary 6 and secondary 5 insulating boxes are arranged in a regular rectangular grid in each of the thermally insulating barriers 1 and 3.
  • the primary insulating elements 6 comprise grooves 14 with an inverted T-shaped section.
  • the grooves 14 receive the L-shaped welding supports on which are welded strakes 15 with raised edges 1 6. These strakes 15 form the primary sealed barrier 4.
  • the secondary elements 5 of the secondary thermally insulating barrier 3 rest on the carrier structure 8 via mastic lines 17 forming parallel lines.
  • FIG. 2 more specifically illustrates a primary heat-insulating element 6 that is suitable for the primary heat-insulating barrier 3.
  • the primary heat-insulating element 6 comprises a plywood bottom panel 18 that bears on the secondary heat-insulating barrier 1.
  • An insulating foam layer 19 made of fiberglass-reinforced polyurethane is adhered to the upper surface of the bottom panel 18, and extends toward the interior of the vessel.
  • a plywood top panel 20 is adhered to the upper surface of the foam layer 19.
  • Two grooves 11 of 8mm wide pass through the bottom panel 18 in a longitudinal direction corresponding to the direction in which the long side extends. 23 of the panel.
  • the grooves 1 1 each extend at an equal distance from each of the respective long sides 23 and divide the bottom panel 18 in a central panel 21 and two side panels 22.
  • the primary heat-insulating element 6 comprises a housing formed in the thickness of the insulating layer 19 and the bottom panel 18.
  • the housing extends in the longitudinal direction of the heat-insulating element in the center of the width of the heat-insulating element. .
  • Two fixing supports 41 are arranged in the housing of the primary heat-insulating element 6 in a central zone of the heat-insulating element 6. More specifically, the fixing supports 41 are centered at a quarter of the length of the heat-insulating element 6 from each a small edge of the insulating element 6.
  • the fixing brackets 41 are fixed to the bottom panel 18.
  • studs 42 are fixed on the secondary heat insulating elements and extend in the direction of the primary heat-insulating barrier 3 in a sealed manner through said secondary sealed barrier 2.
  • the studs 42 are attached to fastening supports 41 of the primary heat-insulating elements 6 for retaining the primary heat-insulating elements 6 on the secondary heat-insulating barrier 1.
  • the heat-insulating element 6 has a thickness of 100 mm, a width of between 1000 and 1200 mm and a length of between 2000 and 3000 mm. More particularly, the top panels 20 and bottom 18 each have a thickness of 12mm and the insulating foam layer 19 has a thickness of 76mm.
  • the primary sealed barrier 4 When the tank is filled with liquefied natural gas, the primary sealed barrier 4 is subjected to a temperature of -1 63 ° C. The temperature outside the tank is higher than the temperature at which the primary waterproof membrane 4 is subjected. Therefore, the primary heat-insulating element 6 is subjected to a thermal gradient. In particular, the temperature changes from -1 63 ° C at the top panel 20 to a higher temperature, for example about -1 17 ° C at the bottom panel 18. When the heat insulating element 6 is subjected to this temperature gradient, the insulating layer 19 and the panels are subjected to the phenomenon of thermal contraction.
  • the thermal expansion coefficients of the plywood constituting the panels 18 and 20 and the insulating foam 19 are respectively 5.5 ⁇ 10 6 m / m / K and 18 ⁇ 10 -6 m / m 2 and the temperatures to which the panels 18 are subjected. and 20 and the foam layer 19 vary depending on the level in the heat insulating member 6.
  • the contractions of the panels 18 and 20 and the contraction of the foam layer 19 are different. More particularly, the thermal contraction of the foam layer 19 is greater than the thermal contraction of the panels 18 and 20.
  • the thermal contraction of the top panel 20 is greater than the contraction of the bottom panel 18. As a result, the panels 18 and 20 exert bending stresses on the foam layer 19.
  • the bending stress is amplified by the fact that the bending stiffness of the foam layer 19 is greater compared to the panels 18 and 20, in particular because of a thickness greater than that of the plywood panels 18 and 20.
  • the flexural stiffness of plywood and foam are respectively approximately:
  • Tmousse X Improves ⁇ 4.4 x 10 7 N / mm
  • the insulating layer 19 also tends to flex by its own thermal contraction differential. Indeed, the thermal contraction is also different depending on the level in the thickness of the insulating layer 19 due to the temperature gradient in the thickness of the vessel wall. 3
  • the primary retaining members 13 are fixed in a central zone of the heat-insulating elements 6 and therefore do not maintain the ends of the heat-insulating elements 6 against the secondary heat-insulating barrier 1.
  • the peripheral portion of the heat-insulating element 6 is therefore independent of the secondary heat-insulating barrier 1.
  • the bending deformation of the heat-insulating elements 6 is not prevented by the primary retaining members 13.
  • transverse slots 24 extend in a direction parallel to the narrow sides 25 over the entire width of the heat-insulating element.
  • the transverse slots 24 are arranged at regular intervals along the longitudinal direction of the primary heat-insulating element 6.
  • transverse slots 24 The function of the transverse slots 24 is to reduce the longitudinal stiffness of the bottom panel 18.
  • FIG. 3 is a detailed side view of one of the transverse slots 24.
  • This transverse slot 24 does not pass through the panel 18 over its entire thickness.
  • a reduced bottom panel section 18 remains and produces residual longitudinal rigidity of the bottom panel 18 between two bottom panel portions 18 located on each side of the slot.
  • the transverse slots 24 have a depth of 10 mm in the bottom panel 18 and a width of 4 mm.
  • each wedge 27 consists of a rod whose section is of trapezoidal isosceles shape. According to a particular embodiment, each shim 27 has a base 38mm in width and a thickness of 24.5mm. The two lateral sides of the trapezoidal section have an inclination of 20 ° with respect to a direction of thickness 28 perpendicular to the bottom panel 20.
  • the base 28 of the wedge 27 is fixed astride the contiguous edges of the upper surfaces of the central panel 21 and one of the side panels 22.
  • the attachment of the wedge 27 is formed on the bottom panel 18 is made by gluing, stapling or screwing.
  • the groove 1 1 extends in part in the shim 27 in 12mm thick.
  • the wedges 27 make it possible to create lateral rigidity of the bottom panel 18 by connecting the parts 21 and 22 of the bottom panel 18 while allowing positioning of the raised edges 12 in the grooves 11.
  • the bottom panel on which the wedges are fixed thus compensates for the flexion imposed by the top panel 20 when the heat insulating element is subjected to a thermal gradient.
  • the wedges 27 avoid the stress concentrations in the bottom of the groove 1 1 and in the foam of the insulating layer 19.
  • the insulating foam layer 19 comprises housing 30 of a shape similar to that of the wedges 27.
  • the section of these housings may have the same dimension as the wedges 27 or have substantially larger dimensions to leave a gap between the wedges 27 and the foam of the insulating layer 19.
  • the housings are machined in the layer of insulating foam 19 and the wedges 27 are fixed to the bottom panel 18.
  • the bottom panel 18 is then glued on the insulating foam layer 19.
  • shims 27 are aligned and fixed along the length of the heat insulating element 6, straddling a groove January 1. Furthermore, the wedges 27 are preferably spaced apart. In this way, the wedges 27 do not stiffen in flexion the bottom panel 18 along its length.
  • An inverted T-shaped groove 9 extends above and along each of the grooves 11.
  • the compensation of the bending stresses makes it possible to prevent the bending of the heat-insulating element 6 to ensure the carrying of the heat-insulating element 6 by the secondary heat-insulating barrier 1 over its entire lower surface.
  • the compensation makes it possible to provide a heat-insulating element 6 whose maximum deflection deflection is 1 mm under the effect of the thermal gradient described above.
  • this compensation limits the forces in the anchoring means 6 and reduces the stress concentrations in the materials constituting the various elements of the heat-insulating elements 6.
  • the primary waterproof membrane 4 is not flexed by the element primary insulation 6 which supports it.
  • FIG. 1 An alternative to the wedge shown with reference to Figures 2 to 4 is to use a wedge in the form of a metal profile 29 of stainless steel.
  • a section 29 is presented with reference to Figures 5 and 6.
  • the section 29 is fixed under the bottom panel 18 and receives the raised edges 12 metal strakes.
  • the profile 29 has a U-shape 32 which extends within the groove 1 1 over a height of 25 mm in the thickness direction 28.
  • a plate 91 is connected to each of the branches of the U 32 of the profile and form wings that extend in a direction parallel to the lower surface of the bottom panel 18.
  • These two plates 91 are respectively fixed on the central panel 21 and on a side panel 22 in recessed surfaces 30 relative to the lower surface of the bottom panel 18. In this way the section 29 does not protrude outwardly from the bottom panel 29.
  • the attachment of the wedge can be achieved by riveting, screwing, gluing or other method of fixation.
  • the profiles 29 can be attached after bonding of the bottom panel.
  • Each profile 32 has a base 38mm wide and a thickness of 24.5mm.
  • the two lateral sides of the trapezoidal section have an inclination of 20 ° relative to a direction of thickness 28 perpendicular to the bottom panel 20.
  • Each profile 29 is formed by a metal sheet 3 mm thick.
  • the profile 29 extends in the height direction 28 to 25mm.
  • the width of the section 29 and the width between the two branches of the U 32 are respectively 50mm and 6mm.
  • FIG. 6 represents a heat-insulating element 6 similar to that presented with reference to FIG.
  • Each of the two grooves 1 1 comprises six profiles 29.
  • the profiles 29 extend between two transverse slots 24, or between a transverse slot 24 and an edge of the bottom panel 18.
  • each end of a groove 1 1 comprises a profile 29 and the profiles 29 are then spaced apart from three transverse slots 24, except for the two central sections 29 which are juxtaposed on each side of a transverse slot 24.
  • FIG. 7 to 9 show another heat-insulating element adapted for the primary thermally insulating barrier.
  • This insulating element 6 has dimensions similar to the heat insulating element 6 presented with reference to FIG. 2 as well as a similar top panel 20.
  • An upper insulating layer 32 is glued under the top panel 20.
  • An intermediate panel 31 of A thickness of 4 mm is glued under the upper insulating layer 32.
  • a lower insulating foam layer 33 of the same thickness as the upper insulating layer 32 is glued and extends under the intermediate panel 31.
  • a bottom panel 18 is bonded to the lower layer 33 and bears on the secondary waterproof membrane.
  • the bottom panels 18 and top 20 each have an equal thickness, for example 12mm.
  • Transverse and longitudinal grooves 1 1 cut the bottom panel in rectangular sections 35 and extend in the thickness of the lower insulating layer 33.
  • the longitudinal grooves 11 receive the raised edges 12 of the strakes January 1.
  • these grooves 1 1 and 34 may be different.
  • these grooves 1 1 and 34 completely traverse the lower insulating layer 33 and thus stop at the intermediate panel 31.
  • the transverse and longitudinal grooves 1 1 1 can segment the bottom panel 18 and the lower insulating layer 33.
  • the transverse grooves 34 and longitudinal 1 1 respectively allow to eliminate the longitudinal flexural stiffness and the flexural stiffness transversely of the lower insulating foam layer 33 and the bottom panel 18.
  • the bending stresses due to the thermal contraction difference as a function of the level in the thickness are avoided in the lower insulating layer 33 and in the bottom panel. background 18.
  • the segmentation of the bottom panel 18 and the lower insulating layer 33 reduces the impact of the differential thermal contraction between the bottom panel 18 and the insulating foam layer 33 and 32 with respect to a bottom panel and an insulating layer that is not segmented.
  • the function of the intermediate panel 31 is to generate a bending stress in the heat-insulating element which opposes the bending stress generated by the top panel 20.
  • the intermediate panel 31 is less thick than the top panel 20 which compensates for the bending imposed by the top panel 20.
  • the presence of the intermediate panel 31 avoids the stress concentrations in the bottom of the grooves 1 1 and 34.
  • the intermediate panel 31 makes it possible to stiffen and stabilize the heat-insulating element.
  • a heat insulating element suitable for the thermally insulating barrier of FIG. 1 could consist of a heat insulating element similar to the heat insulating element 6 presented with reference to Figure 2 wherein the bottom panel 18 has no transverse slots but has a lower thickness, that is to say 4mm instead of 1 2mm.
  • the bottom panel 18 and the top panel 20 have the same thickness.
  • the bottom panel 18 has a coefficient of expansion different from the top panel 20.
  • the top panel has an expansion coefficient of 5.5 ⁇ 10 -6 m / m / K and the bottom panel 18 is made of a material whose coefficient of expansion is calculated so that:
  • top panel X ⁇ 7 top panel ⁇ bottom panel X ⁇ T bottom panel with ⁇ pann top water and ⁇ bottom panel which are the temperature differences between the ambient temperature and the temperatures to which panels 18 and Respective when the tank is filled. In this way, the thermal contraction of the panels 18 and 20 is equal during the setting of the temperature gradient.
  • the heat-insulating elements described above can also be used to provide a secondary heat-insulating barrier.
  • the tanks described above can be used in various types of installations such as land installations or in a floating structure such as a LNG tank or other.
  • the tanks can be made according to various well-known geometries, for example a prismatic geometry in the hull of a ship or a cylindrical geometry on land or other.
  • a broken view of a tanker 70 shows a tank and insulated waterproof 71 of prismatic general shape mounted in the double hull 72 of the ship.
  • the wall of the tank 71 comprises a primary sealed barrier intended to be in contact with the LNG contained in the tank, a secondary sealed barrier arranged between the primary waterproof barrier and the double hull of the vessel, and two thermally insulating barriers arranged respectively between the primary watertight barrier and secondary watertight barrier, and between secondary watertight barrier and double hull 72.
  • loading / unloading lines arranged on the upper deck of the ship can be connected, by means of appropriate connectors, to a marine or port terminal to transfer a cargo of LNG from or to the tank 71.
  • FIG. 10 represents an example of a marine terminal comprising a loading and unloading station 75, an underwater pipe 76 and an onshore installation 77.
  • the loading and unloading station 75 is a fixed off-shore installation comprising an arm mobile 74 and a tower 78 which supports the movable arm 74.
  • the movable arm 74 carries a bundle of insulated flexible pipes 79 that can connect to the loading / unloading pipes 73.
  • the movable arm 74 can be adapted to all gauges of LNG carriers .
  • a link pipe (not shown) extends inside the tower 78.
  • the loading and unloading station 75 enables the loading and unloading of the LNG tank 70 from or to the shore facility 77.
  • the underwater line 76 allows the transfer of the liquefied gas between the loading or unloading station 75 and the onshore installation 77 over a large distance, for example 5 km, which makes it possible to keep the tanker vessel 70 at great distance from the coast during the loading and unloading operations.
  • pumps on board the ship 70 and / or pumps equipping the shore installation 77 and / or pumps equipping the loading and unloading station 75 are used.

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Abstract

Cuve étanche et thermiquement isolante, comprenant une paroi comportant : une barrière d'étanchéité, une barrière thermiquement isolante constituée d'éléments calorifuges de forme sensiblement parallélépipédique et comportant : une couche isolante (32) rigide, un panneau supérieur (20) fixé sur la couche isolante (32) et un panneau inférieur (31 ) rigide fixé sous la couche isolante (32), le panneau supérieur (31 ) et inférieur étant apte à engendrer une contrainte de flexion respectivement supérieure et inférieure dans l'élément calorifuge par dilatation différentielle lorsque la paroi de cuve est soumise à un gradient de température et présentant chacun un coefficient de dilatation thermique inférieur au coefficient de dilatation thermique de la couche isolante, les panneaux (20, 31 ) et la couche isolante (32) étant agencés de manière que les contraintes de flexion se compensent sensiblement de manière à éviter les déformations par flexion de l'élément calorifuge lorsque la paroi de cuve est soumise à un gradient de température entre l'intérieur et l'extérieure de la cuve.

Description

Éléments calorifuges pour cuve étanche et thermiquement isolée
L'invention se rapporte au domaine de la fabrication de cuves étanches et thermiquement isolées. En particulier, la présente invention se rapporte à des cuves destinées à contenir des liquides froids, par exemple, des cuves pour le stockage et/ou le transport de gaz liquéfié par voie maritime.
Des cuves étanches et thermiquement isolantes peuvent être utilisées dans différentes industries pour stocker des produits chauds ou froids. Par exemple, dans le domaine de l'énergie, le gaz naturel liquéfié (GNL) est un liquide qui peut être stocké à pression atmosphérique à environ -1 63°C dans des cuves de stockage terrestres ou dans des cuves embarquées dans des structures flottantes.
Selon un mode de réalisation, l'invention fournit une cuve étanche et thermiquement isolante agencée dans une structure porteuse pour contenir un fluide à basse température,
dans laquelle une paroi de la cuve comporte :
une barrière d'étanchéité destinée à être au contact avec le produit contenu dans ladite cuve,
une barrière thermiquement isolante constituée d'une pluralité d'éléments calorifuges juxtaposés de manière à former une surface de support sensiblement uniforme pour la barrière d'étanchéité,
un élément calorifuge présentant une forme sensiblement parallélépipédique et comportant :
une couche isolante rigide,
un panneau supérieur fixé sur la couche isolante rigide et supportant la barrière d'étanchéité, le panneau supérieur présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur au coefficient de dilatation thermique de la couche isolante et
un panneau de fond rigide fixé sous la couche isolante rigide, le panneau de fond présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur au coefficient de dilatation thermique de la couche isolante.
Selon des modes de réalisation, une telle cuve peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.
Selon un mode de réalisation, le panneau supérieur, le panneau de fond et la couche isolante sont agencés de manière que les contraintes de flexion engendrée par dilatation différentielle se compensent sensiblement de manière à éviter les déformations par flexion de l'élément calorifuge lorsque la paroi de cuve est soumise à un gradient de température entre l'intérieur et l'extérieure de la cuve.
Selon un mode de réalisation, le panneau de fond présente une raideur en flexion inférieure à la raideur en flexion du panneau supérieur.
Selon un mode de réalisation, le panneau de fond présente une épaisseur inférieure à l'épaisseur du panneau supérieur.
Selon un mode de réalisation, le panneau de fond présente des fentes s'étendant à travers une partie de l'épaisseur du panneau de fond et s'étendant selon une direction parallèle à un coté du panneau de fond.
Selon un mode de réalisation, la paroi de cuve comporte en outre une barrière d'étanchéité secondaire et une barrière thermiquement isolante secondaire,
dans laquelle la barrière d'étanchéité secondaire comporte des bandes de tôle métallique parallèles dont les bords longitudinaux sont relevés en saillie vers l'intérieur de la cuve et des ailes de soudure parallèles retenues sur la barrière thermiquement isolante secondaire et faisant saillie vers l'intérieur de la cuve à chaque fois entre deux bandes de tôle pour former un joint soudé étanche avec les bords longitudinaux relevés adjacents, les bandes de tôle et les ailes de soudure s'étendant selon une direction longitudinale des éléments calorifuges de la barrière thermiquement isolante primaire disposée sur la barrière d'étanchéité secondaire,
les bords longitudinaux et les ailes de soudures faisant saillie dans des rainures inférieures longitudinales traversant le panneau de fond et s'étendant dans l'épaisseur de la couche isolante des éléments calorifuges et s'étendant parallèlement aux côtés longitudinaux de l'élément calorifuge,
le panneau de fond présente des fentes transversales s'étendant à travers une partie de l'épaisseur du panneau de fond, les fentes s'étendant selon une direction perpendiculaire aux rainures inférieures longitudinales.
Selon un mode de réalisation, le panneau supérieur est apte à engendrer une contrainte de flexion supérieure dans l'élément calorifuge par dilatation différentielle lorsque la paroi de cuve est soumise à un gradient de température entre l'intérieur de la cuve et l'extérieur de la cuve.
Selon un mode de réalisation, le panneau de fond est apte à engendrer une contrainte de flexion inférieure dans l'élément calorifuge par dilatation différentielle lorsque la paroi de cuve est soumise à un gradient de température entre l'intérieur et l'extérieure de la cuve.
Selon un mode de réalisation, le panneau de fond présente des parties longitudinales de panneau de fond délimitées par les rainures inférieures longitudinales,
des cales allongées étant fixées à cheval entre deux parties longitudinales de panneau de fond contiguës pour rigidifier le panneau de fond, les cales s'étendant dans l'épaisseur de la couche isolante et délimitant un espace dans lequel s'étendent les bords longitudinaux et les ailes de soudure.
Selon un mode de réalisation, les cales sont fixées par leur base au- dessus des parties longitudinales de panneau de fond, la base de la cale présentant en outre un canal s'étendant le long de la cale et délimitant ledit espace.
Selon un mode de réalisation, les cales présentent une forme de profilé en forme de U, la cale comportant une aile sur chaque extrémité du U,
les parties longitudinales de panneau de fond présentant des surfaces extérieures sous les parties longitudinales de panneau de fond sur lesquelles sont fixées les ailes du profilé. Selon un mode de réalisation, une pluralité de cales sont fixées à cheval et alignées entre deux parties longitudinales de panneau contiguës.
Selon un mode de réalisation, l'élément calorifuge comporte en outre une couche isolante supérieure, collée sous le panneau supérieur et un panneau intermédiaire collé sous la couche isolante supérieure, ladite couche isolante rigide constituant une couche isolante inférieure fixée sous le panneau intermédiaire et le panneau de fond étant fixé sous la couche isolante inférieure,
l'élément calorifuge présentant lesdites rainures inférieures longitudinales et lesdites fentes transversales traversant le panneau de fond et s'étendant à travers l'épaisseur de la couche isolante inférieure,
les rainures inférieures longitudinales et les fentes transversales s'étendant respectivement parallèlement et perpendiculairement aux côtés longitudinaux de l'élément calorifuge.
Selon un mode de réalisation, les rainures inférieures longitudinales et les fentes transversales traversent la totalité de l'épaisseur de la couche isolante inférieure.
Selon un mode de réalisation, la paroi de cuve comporte en outre une barrière d'étanchéité secondaire et une barrière thermiquement isolante secondaire,
dans laquelle la barrière d'étanchéité secondaire comporte des bandes de tôle métallique parallèles dont les bords longitudinaux sont relevés en saillie vers l'intérieur de la cuve et des ailes de soudure parallèles retenues sur la barrière thermiquement isolante secondaire et faisant saillie vers l'intérieur de la cuve à chaque fois entre deux bandes de tôle pour former un joint soudé étanche avec les bords longitudinaux relevés adjacents, les bandes de tôle et les ailes de soudure s'étendant selon un direction longitudinale de l'élément calorifuge de la barrière isolante primaire disposée sur la barrière d'étanchéité secondaire,
les bords longitudinaux et les ailes de soudures faisant saillie dans les rainures inférieures longitudinales de la couche isolante inférieure. Selon un mode de réalisation, le panneau de fond présente un coefficient de dilatation thermique supérieur au coefficient de dilatation thermique du panneau supérieur. Une telle cuve peut faire partie d'une installation de stockage terrestre, par exemple pour stocker du GNL ou être installée dans une structure flottante, côtière ou en eau profonde, notamment un navire méthanier, une unité flottante de stockage et de regazéification (FSRU), une unité flottante de production et de stockage déporté (FPSO) et autres.
Selon un mode de réalisation, un navire pour le transport d'un produit liquide froid comporte une double coque et une cuve précitée disposée dans la double coque.
Selon un mode de réalisation, l'invention fournit aussi un procédé de chargement ou déchargement d'un tel navire, dans lequel on achemine un produit liquide froid à travers des canalisations isolées depuis ou vers une installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.
Selon un mode de réalisation, l'invention fournit aussi un système de transfert pour un produit liquide froid, le système comportant le navire précité, des canalisations isolées agencées de manière à relier la cuve installée dans la coque du navire à une installation de stockage flottante ou terrestre et une pompe pour entraîner un flux de produit liquide froid à travers les canalisations isolées depuis ou vers l'installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.
L'invention part du constat que, lorsqu'une cuve étanche et thermiquement isolée est remplie de gaz naturel liquéfié, la différence de température entre l'extérieur de la cuve et l'intérieur de la cuve génère un gradient thermique au sein des éléments calorifuges. Ce gradient thermique peut provoquer des phénomènes de dilatation différentielle provoquant la flexion des éléments calorifuges, et, donc, la flexion des barrières étanches supportées par ceux-ci. Cette flexion peut notamment avoir lieu lorsque les moyens d'attache de l'élément calorifuge dans la cuve ne sont pas aptes à reprendre les contraintes de flexion de l'élément calorifuge, par exemple lorsque l'élément calorifuge n'est pas fixé dans sa zone périphérique mais uniquement au niveau d'une zone centrale de sa surface inférieure.
Une idée à la base de l'invention est d'éviter la déformation de la membrane d'une paroi de cuve supportée par des éléments calorifuges, en fournissant des éléments calorifuges qui restent sensiblement plan lorsqu'ils sont soumis à un gradient thermique engendré par le remplissage de la cuve par un produit froid.
Certains aspects de l'invention partent de l'idée d'éviter la flexion d'un élément calorifuge, qui comprend une couche de mousse rigide monobloc fixée entre un premier et un deuxième panneau, en compensant les contraintes de flexions engendrées au sein de l'élément calorifuge par le différentiel de contraction thermique.
Certains aspects de l'invention partent de l'idée de compenser les contraintes de flexion en adaptant la rigidité à la flexion d'un panneau de l'élément calorifuge, par exemple en réalisant des fentes dans le panneau, ou en adaptant l'épaisseur du panneau.
Certains aspects de l'invention partent de l'idée de compenser les contraintes en flexion en assurant la liaison entre plusieurs parties formant un des panneaux pour assurer la continuité dans sa rigidité en flexion, par exemple en reliant plusieurs parties séparées de panneau par des cales.
Certains aspects de l'invention partent de l'idée d'éviter la déformation de l'élément calorifuge en segmentant l'élément calorifuge sur une partie de son épaisseur située sous un panneau intermédiaire disposé au sein de la couche de mousse isolante, le panneau intermédiaire étant agencé de manière à compenser les contraintes de flexion dans l'élément calorifuge.
Certains aspects de l'invention partent de l'idée d'éviter la déformation de l'élément calorifuge en choisissant un coefficient de contraction thermique différent pour chacun des panneaux de manière à compenser les contraintes de flexions engendrées dans l'élément calorifuge.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés.
Sur ces dessins :
· La figure 1 est une vue partielle arrachée en perspective d'une paroi de cuve.
• La figure 2 est une vue partielle en perspective du dessous d'un élément calorifuge convenant pour former une barrière isolante primaire de la paroi de cuve de la figure 1 .
· La figure 3 est une vue agrandie de la zone III de la figure 2 qui comprend une fente transversale.
• La figure 4 est une vue agrandie de la zone IV de la figure 2 qui comprend une cale.
• La figure 5 est une vue analogue à la figure 4 représentant une variante de cale.
• La figure ό est une vue en perspective du dessous d'un élément calorifuge comportant des cales représentées sur la figure 5.
• La figure 7 est une vue en perspective du dessus d'une variante de l'élément calorifuge de la figure 2 comportant un panneau intermédiaire.
• Les figures 8 et 9 sont des vues de côté de l'élément calorifuge représenté dans la figure 7.
• La figure 10 est une représentation schématique écorchée d'une cuve de navire méthanier et d'un terminal de chargement/déchargement de cette cuve. On va rappeler brièvement le phénomène de contraction différentielle avec un exemple simple illustré schématiquement dans la figure 1 1 .
Un panneau en contreplaqué 37 est collé sur une couche de mousse polymère 36 monobloc plus épaisse.
Le panneau en contreplaqué 37 et la couche de mousse polymère 36 sont soumis à un gradient thermique 38 descendant. Cela signifie que la température au niveau du panneau en contreplaqué 37 est inférieure à la température au niveau de la surface inférieure 41 de la couche de mousse polymère 36.
La mousse calorifuge présente un coefficient de dilatation thermique plus important que le contreplaqué. Ainsi, la mousse se contracte plus par rapport à la température ambiante que le panneau en contreplaqué 37 sous l'effet du gradient thermique 38. Comme le panneau contreplaqué 37 et la couche de mousse polymère 36 sont collés et que par surcroît la couche de mousse polymère 36 est plus rigide en flexion que le panneau contreplaqué 37, le panneau 37 et la couche de mousse polymère 36 tendent à fléchir suivant la courbure convexe 39.
Le même phénomène peut être observé dans un deuxième exemple illustré schématiquement dans la figure 12 où le panneau en contreplaqué 37 est collé en dessous de la couche de mousse polymère 36. Toutefois, dans ce cas, la couche de mousse polymère 36 et le panneau 37 tendent à fléchir selon une courbure convexe opposée 40 à la courbure convexe 39 décrite dans le premier exemple. Par ailleurs, comme le panneau contreplaqué 37 est situé en dessous de la couche de mousse polymère 36, ce panneau 37 est soumis à une température plus chaude que dans le premier exemple pour le même gradient thermique 38. En conséquence, celui-ci se contracte moins que dans le premier exemple, ce qui engendre une courbure convexe 40 plus importante que la courbure convexe 39 du premier exemple. Ceci est dû au fait que la différence de contraction thermique entre la couche de mousse polymère 36 et le panneau 37 est plus importante que dans le premier exemple. La figure 1 présente une vue partielle d'une paroi de cuve d'un navire méthanier. Par convention, on appellera « au-dessus » une position située plus près de l'intérieur de la cuve et « en dessous » une position située plus près de la structure porteuse 8, quelle que soit l'orientation de la paroi de cuve par rapport au champ de gravité terrestre. La structure porteuse 8 est constituée par la paroi interne d'une double coque d'un navire.
La paroi de cuve est composée d'une barrière thermiquement isolante secondaire 1 portant une barrière étanche secondaire 2. La barrière étanche secondaire 2 porte elle-même une barrière thermiquement isolante primaire 3 sur laquelle s'appuie une barrière étanche primaire 4.
La barrière thermiquement isolante secondaire 1 et la barrière thermiquement isolante primaire 3 sont respectivement constituées d'éléments calorifuges secondaires 5 et primaires 6. Des organes d'ancrage 7 maintiennent les éléments calorifuges secondaires 5 en appui sur la structure porteuse 8. De tels organes d'ancrage peuvent être réalisé de différentes manières, notamment tels que décrits dans la demande de brevet français déposée sous le numéro 1 1 62214. D'autres organes d'ancrage sont décrits dans le brevet FR2887010. Ces exemples ne sont pas limitatifs. Les organes d'ancrages 7 sont par exemple fixés à la structure porteuse 1 par l'intermédiaire de goujons (non représentés) soudés à la structure porteuse 8.
Les éléments secondaires 5 comportent des rainures à section en forme de T inversé 9. Les rainures 9 accueillent des supports de soudure de manière coulissante sous la forme de bandes métalliques pliées en forme de L. Des virures à bords relevés 10 sont soudées sur ces supports de soudure (non représentées) . Ces virures 10 réalisée en acier au nickel à faible coefficient de dilatation forment la barrière étanche secondaire 2.
Les éléments primaires 6 s'appuient sur la barrière étanche secondaire 2. Ceux-ci comportent des rainures 1 1 pour accueillir les bords relevés 12 des virures 10 soudés aux supports de soudures. Des organes de retenue primaires 13 maintiennent les éléments calorifuges primaires 6 contre la barrière thermiquement isolante secondaire 3.
Ces organes de retenue primaires 13 sont notamment décrits dans la demande de brevet français déposée sous le numéro 1250214. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à ce type d'organes de retenue, par exemple des organes de retenue décrits dans le brevet FR2887010 peuvent être utilisés. Ces exemples ne sont pas limitatifs.
Les éléments calorifuges primaires 6 et secondaires 5 présentent une forme parallélépipédique. Les caisses isolantes primaires 6 et secondaires 5 sont disposées selon un maillage rectangulaire régulier dans chacune des barrières thermiquement isolantes 1 et 3.
De la même manière que les éléments isolant secondaires, les éléments isolant primaires 6 comportent des rainures 14 à section en forme de T inversé. Les rainures 14 reçoivent les supports de soudure en forme de L sur lesquels sont soudées des virures 15 à bords relevés 1 6. Ces virures 15 forment la barrière étanche primaire 4.
Les éléments secondaires 5 de la barrière thermiquement isolante secondaire 3 reposent sur la structure porteuse 8 par l'intermédiaire de cordons de mastic 1 7 formant des lignes parallèles.
La figure 2 illustre plus précisément un élément calorifuge primaire 6 convenant pour la barrière thermiquement isolante primaire 3. L'élément calorifuge primaire 6 comporte un panneau de fond 18 en contreplaqué qui s'appui sur la barrière thermiquement isolante secondaire 1 . Une couche de mousse 19 isolante constituée de polyuréthane renforcée de fibre de verre est collée sur la surface supérieure du panneau de fond 18, et s'étend en direction de l'intérieur de la cuve. Un panneau de dessus 20 en contreplaqué est collé sur la surface supérieure de la couche de mousse 19. Deux rainures 1 1 de 8mm de large traversent le panneau de fond 18 selon une direction longitudinale correspondant à la direction dans laquelle s'étend le long côté 23 du panneau. Les rainures 1 1 s'étendent chacune à une distance égale de chacun des longs côtés 23 respectifs et divisent le panneau de fond 18 en un panneau central 21 et deux panneaux latéraux 22.
L'élément calorifuge primaire 6 comporte un logement ménagé dans l'épaisseur de la couche isolante 19 et le panneau de fond 18. Le logement s'étend selon la direction longitudinale de l'élément calorifuge au centre de la largeur de l'élément calorifuge. Deux supports de fixation 41 sont disposés dans le logement de l'élément calorifuge primaire 6 dans une zone centrale de l'élément calorifuge 6. Plus précisément, les supports de fixation 41 sont centrés à un quart de la longueur de l'élément calorifuge 6 depuis chacun un petit bord de l'élément calorifuge 6. Les supports de fixation 41 sont fixés au panneau de fond 18.
En revenant à la figure 1 , on voit que des goujons 42 sont fixés sur les éléments calorifuges secondaires et s'étendent en direction de la barrière thermiquement isolante primaire 3 de manière étanche à travers ladite barrière étanche secondaire 2. Les goujons 42 sont fixés aux supports de fixations 41 des éléments calorifuges primaires 6 pour retenir les éléments calorifuges primaires 6 sur la barrière thermiquement isolante secondaire 1 .
Selon un mode de réalisation particulier, l'élément calorifuge 6 présente une épaisseur de 100mm, une largeur comprise entre 1000 et 1200mm et une longueur comprise entre 2000 et 3000mm. Plus particulièrement, les panneaux de dessus 20 et de dessous 18 présentent chacun une épaisseur de 12mm et la couche de mousse isolante 19 présente une épaisseur de 76mm.
Lorsque la cuve est remplie de gaz naturel liquéfié, la barrière étanche primaire 4 est soumise à une température de -1 63°C. La température à l'extérieur de la cuve est supérieure à la température à laquelle est soumise la membrane étanche primaire 4. Par conséquent, l'élément calorifuge primaire 6 est soumis à un gradient thermique. En particulier, la température évolue de -1 63°C au niveau du panneau de dessus 20 jusqu'à une température supérieure, par exemple environ -1 1 7°C au niveau du panneau de fond 18. Lorsque l'élément calorifuge 6 est soumis à ce gradient de température, la couche isolante 19 et les panneaux sont soumis au phénomène de contraction thermique. Or, les coefficients de dilatation thermique du contreplaqué constituant les panneaux 18 et 20 et de la mousse isolante 19 sont respectivement de 5,5.106 m/m/K et 18.10-6 m/m/ et les températures auxquels sont soumis les panneaux 18 et 20 et la couche de mousse 19 varient en fonction du niveau dans l'élément calorifuge 6. Ainsi, les contractions des panneaux 18 et 20 et la contraction de la couche de mousse 19 sont différents. Plus particulièrement, la contraction thermique de la couche de mousse 19 est plus importante que la contraction thermique des panneaux 18 et 20. La contraction thermique du panneau de dessus 20 est supérieure à la contraction du panneau de dessous 18. Il en résulte que les panneaux 18 et 20 exercent des contraintes de flexion sur la couche de mousse 19.
La contrainte de flexion est amplifiée par le fait que la raideur en flexion de la couche de mousse 19 est plus importante par rapport aux panneaux 18 et 20 en raison notamment d'une épaisseur supérieure à celle des panneaux en contreplaqué 18 et 20.
En effet, les modules de Young du contreplaqué et de la mousse sont respectivement environ Econtrepiaqué =10 000 MPa et Emousse= 100 MPa. Par ailleurs, le module d'inertie proportionnel à l'épaisseur au cube est égal à
Lousse = (100-12-12)3 = 438976 mm3 pour la mousse, et
Icontreplaqué = (12)3 = 1 728 mm3 pour le contreplaqué.
Les raideurs en flexion des contreplaqués et de la mousse sont donc respectivement environ :
tmousse X Imousse ~ 4,4 x 107 N / mm, et
tcontreplaqué X Icontreplaqué == 1 ,7 X 107 N / mm.
La couche isolante 19 tend aussi à fléchir par son propre différentiel de contraction thermique. En effet, la contraction thermique est aussi différente en fonction du niveau dans l'épaisseur de la couche isolante 19 en raison du gradient de température dans l'épaisseur de la paroi de cuve. 3
Or, les organes de retenue primaires 13 sont fixés dans une zone centrale des éléments calorifuges 6 et ne maintiennent donc pas les extrémités des éléments calorifuges 6 contre la barrière thermiquement isolante secondaire 1 . La partie périphérique de l'élément calorifuge 6 est donc indépendante de la barrière thermiquement isolante secondaire 1 . Ainsi, la déformation par flexion des éléments calorifuges 6 n'est pas empêchée par les organes de retenue primaires 13.
Dans ce mode de réalisation, pour équilibrer les contraintes en flexion au sein de l'élément calorifuge 6 et éviter ainsi sa déformation, treize fentes transversales 24 s'étendent selon une direction parallèle aux petits côtés 25 sur toute la largeur de l'élément calorifuge primaire 6. Les fentes transversales 24 sont agencées à intervalles réguliers le long la direction longitudinale de l'élément calorifuge primaire 6.
La fonction des fentes transversales 24 est de réduire la rigidité longitudinale du panneau de fond 18.
La figure 3 est une vue détaillée de côté d'une des fentes transversales 24. Cette fente transversale 24 ne traverse pas le panneau 18 sur toute son épaisseur. Ainsi, une section réduite 26 de panneau de fond 18 subsiste et produit une rigidité longitudinale résiduelle du panneau de fond 18 entre deux parties du panneau de fond 18 situées de chaque côté de la fente.
Les fentes transversales 24 présentent une profondeur de 10mm dans le panneau de dessous 18 et une largeur de 4 mm.
Par opposition aux fentes transversales 24, les rainures 1 1 traversent l'épaisseur du panneau de fond 18 et le divisent en deux panneaux latéraux 22 et un panneau central 21 . De ce fait, la rigidité latérale du panneau de fond 18 fait défaut. Pour rétablir un niveau suffisant de rigidité latérale entre les parties latérales 22 et le panneau central 21 , des cales 27 sont utilisées dans ce mode de réalisation. Ces cales sont représentées sur la figure 4. Chaque cale 27 est constituée d'une baguette dont la section est de forme trapézoïdale isocèle. Selon une réalisation particulière, chaque cale 27 présente une base de 38mm de largeur et une épaisseur de 24.5mm. Les deux côtés latéraux de la section trapézoïdale présentent une inclinaison de 20° par rapport à une direction d'épaisseur 28 perpendiculaire au panneau de fond 20.
La base 28 de la cale 27 est fixée à cheval sur les bords contigus des surfaces supérieures du panneau central 21 et de un des panneaux latéraux 22. La fixation de la cale 27 est réalisée sur le panneau de fond 18 est réalisé par collage, agrafage ou vissage. En outre, la rainure 1 1 s'étend en partie dans la cale 27 selon 12mm d'épaisseur.
Les cales 27 permettent de créer une rigidité latérale du panneau de fond 18 en reliant les parties 21 et 22 de panneau de fond 18 tout en permettant le positionnement des bords relevés 12 dans les rainures 1 1 . Le panneau de fond sur lequel sont fixées les cales compense ainsi la flexion imposée par le panneau de dessus 20 lorsque l'élément calorifuge est soumis à un gradient thermique. De plus, les cales 27 évitent les concentrations de contraintes dans le fond de la rainure 1 1 et dans la mousse de la couche isolante 19.
Pour accueillir les cales 27, la couche de mousse isolante 19 comporte des logements 30 de forme analogue à celle des cales 27. La section de ces logements peut présenter la même dimension que les cales 27 ou présenter des dimensions sensiblement supérieures pour laisser un jeu entre les cales 27 et la mousse de la couche isolante 19.
Pour assurer le collage du panneau de fond 18 on peut procéder dans l'ordre suivant : Les logements sont usinés dans la couche de mousse isolante 19 et les cales 27 sont fixées au panneau de fond 18. Le panneau de fond 18 est ensuite collé sur la couche de mousse isolante 19.
De préférence, plusieurs cales 27 sont alignées et fixées selon la longueur de l'élément calorifuge 6, à cheval sur une rainure 1 1 . Par ailleurs, les cales 27 sont de préférence alignées de manière espacée. De cette manière, les cales 27 ne rigidifient pas en flexion le panneau de fond 18 selon sa longueur. Une rainure en forme de T inversé 9 s'étend au dessus et le long de chacune des rainures 1 1 .
La compensation des contraintes de flexion permet d'éviter la flexion de l'élément calorifuge 6 pour assurer le portage de l'élément calorifuge 6 par la barrière thermiquement isolante secondaire 1 sur toute sa surface inférieure. Par exemple, la compensation permet de fournir un élément calorifuge 6 dont la flèche maximale en flexion est 1 mm sous l'effet du gradient thermique décrit ci-dessus. En outre, cette compensation limite les efforts dans les moyens d'ancrage 6 et réduit les concentrations de contraintes dans les matériaux constituant les différents éléments des éléments calorifuges 6. De plus, la membrane étanche primaire 4 n'est pas fléchie par l'élément calorifuge primaire 6 qui la supporte.
Une alternative à la cale présentée en référence aux figures 2 à 4 est d'utiliser une cale sous forme d'un profilé 29 métallique en acier inoxydable. Un tel profilé 29 est présenté en référence aux figures 5 et 6. Le profilé 29 est fixé sous le panneau de fond 18 et reçoit les bords relevés 12 des virures 10 métalliques. A cet effet, le profilé 29 présente une forme en U 32 qui s'étend au sein de la rainure 1 1 sur une hauteur de 25mm dans la direction d'épaisseur 28. Une plaque 91 est liée à chacune des branches du U 32 du profilé et forment des ailes qui s'étendent selon une direction parallèle à la surface inférieure du panneau de fond 18. Ces deux plaques 91 sont fixées respectivement sur le panneau central 21 et sur un panneau latéral 22 en des surfaces en décrochement 30 par rapport à la surface inférieure du panneau de fond 18. De cette manière le profilé 29 n'est pas en saillie vers l'extérieur du panneau de fond 29. La fixation de la cale peut être réalisée par rivetage, vissage, collage ou une autre méthode de fixation.
Par opposition au procédé de collage du panneau de fond 18 présenté en référence à la figure 2, les profilés 29 peuvent être fixés après le collage du panneau de fond.
Chaque profilé 32 présente une base de 38mm de largeur et une épaisseur de 24.5mm. Les deux côtés latéraux de la section trapézoïdale présentent une inclinaison de 20° par rapport à une direction d'épaisseur 28 perpendiculaire au panneau de fond 20.
Chaque profilé 29 est formé par une tôle métallique de 3mm d'épaisseur. Le profilé 29 s'étend dans la direction de hauteur 28 sur 25mm. La largeur du profilé 29 et la largeur entre les deux branches du U 32 sont respectivement 50mm et 6mm.
De manière analogue aux cales 27, plusieurs profilés 29 sont fixés et alignés pour chaque rainure 1 1 du panneau de fond 18. Cette disposition est illustrée dans la figure 6 qui représente un élément calorifuge 6 analogue à celui présenté en référence à la figure 2. Chacune des deux rainures 1 1 comporte six profilés 29. Les profilés 29 s'étendent entre deux fentes transversales 24, ou entre une fente transversale 24 et un bord du panneau de fond 18.
Plus précisément, chaque extrémité d'une rainure 1 1 comporte un profilé 29 et les profilés 29 sont ensuite espacés de trois fentes transversales 24, sauf pour les deux profilés 29 centraux qui sont juxtaposés de chaque côté d'une fente transversale 24.
Les figures 7 à 9 présentent un autre élément calorifuge adapté pour la barrière thermiquement isolante primaire. Cet élément calorifuge 6 présente des dimensions similaires à l'élément calorifuge 6 présenté en référence à la figure 2 ainsi qu'un panneau de dessus similaire 20. Une couche isolante supérieure 32 est collée sous le panneau de dessus 20. Un panneau intermédiaire 31 d'une épaisseur de 4mm est collé sous la couche isolante supérieure 32. Une couche de mousse isolante inférieure 33 d'une même épaisseur que la couche isolante supérieure 32 est collée et s'étend sous le panneau intermédiaire 31 . Un panneau de fond 18 est collé à la couche inférieure 33 et prend appui sur la membrane étanche secondaire. Les panneaux de fond 18 et de dessus 20 présentent chacun une épaisseur égale, par exemple de 12mm.
Des rainures transversales 34 et longitudinales 1 1 découpent le panneau de fond en sections rectangulaires 35 et s'étendent dans l'épaisseur de la couche isolante inférieure 33. Les rainures transversales 34 et 7 longitudinales 1 1 s'étendent dans l'élément calorifuge et s'arrêtent en dessous du panneau intermédiaire 31 . Plus particulièrement, les rainures sont usinées jusqu'à une profondeur de 35mm et présentent des épaisseurs respectives de 4mm et 8mm. Ces rainures délimitent des secteurs parmi la couche isolante inférieure 33 et le panneau de fond 18. Les rainures longitudinales 1 1 reçoivent les bords relevés 12 des virures 1 1 .
Toutefois, les dimensions de ces rainures 1 1 et 34 peuvent être différentes. Ainsi dans une variante, ces rainures 1 1 et 34 traversent totalement la couche isolante inférieure 33 et s'arrêtent ainsi au niveau du panneau intermédiaire 31 .
Les rainures transversales 34 et longitudinales 1 1 permettent de segmenter le panneau de fond 18 et la couche isolante inférieure 33. De cette manière, les rainures transversales 34 et longitudinales 1 1 permettent respectivement d'éliminer la rigidité en flexion longitudinale et la rigidité en flexion transversale de la couche de mousse isolante inférieure 33 et du panneau de fond 18. Ainsi, les contraintes de flexion dues à la différence de contraction thermique en fonction du niveau dans l'épaisseur sont évitées dans la couche isolante inférieure 33 et dans le panneau de fond 18.
De manière générale, la segmentation du panneau de fond 18 et de la couche isolante inférieure 33 réduit l'impact de la contraction thermique différentielle entre le panneau de fond 18 et la couche de mousse isolante 33 et 32 par rapport à un panneau de fond et une couche isolante non segmentée.
La fonction du panneau intermédiaire 31 est de générer une contrainte de flexion dans l'élément calorifuge qui s'oppose à la contrainte de flexion engendrée par le panneau de dessus 20. Dans l'élément calorifuge décrit en référence aux figures 7 à 9, le panneau intermédiaire 31 est moins épais que le panneau de dessus 20 ce qui permet de compenser la flexion imposée par le panneau de dessus 20. Par ailleurs, la présence du panneau intermédiaire 31 permet d'éviter les concentrations de contraintes dans le fond des rainures 1 1 et 34. Par ailleurs, le panneau intermédiaire 31 permet de rigidifier et de stabiliser l'élément calorifuge.
De manière analogue, le panneau de fond 18 d' un élément calorifuge peut être plus fin que le panneau de dessus 20. Ainsi, un élément calorifuge convenant pour la barrière thermiquement isolante de la figure 1 pourrait consister en un élément calorifuge semblable à l'élément calorifuge 6 présenté en référence à la figure 2 dans lequel le panneau de fond 18 ne comporte pas de fentes transversale mais présente une épaisseur moindre, c'est-à-dire 4mm au lieu de 1 2mm.
Dans une autre variante de l'élément calorifuge, le panneau de fond 18 et le panneau de dessus 20 ont une même épaisseur. Toutefois, le panneau de fond 1 8 comporte un coefficient de dilatation différent du panneau de dessus 20. Plus précisément, le panneau de dessus présente un coefficient de dilatation du 5,5.10"6 m/m/K et le panneau de fond 18 est réalisé en un matériau dont le coefficient de dilatation est calculé de manière que :
panneau de dessus X Δ 7 panneau de dessus ~ panneau de dessous X Δ T panneau de dessous avec ΔΤ panneau de dessus et ΔΤ panneau de dessous qui sont les différences de température entre la température ambiante et les températures auxquelles sont soumis les panneaux 18 et 20 respectifs lorsque la cuve est remplie. De cette manière, la contraction thermique des panneaux 18 et 20 est égale lors de la mise en place du gradient de température.
Les éléments calorifuges décrits ci-dessus peuvent être aussi utilisés pour réaliser une barrière thermiquement isolante secondaire.
Les cuves décrites ci-dessus peuvent être utilisées dans différents types d'installations telles que des installations terrestres ou dans un ouvrage flottant comme un navire méthanier ou autre.
Les cuves peuvent être réalisées selon différentes géométries bien connues, par exemple une géométrie prismatique dans la coque d'un navire ou une géométrie cylindrique à terre ou autre. En référence à la figure 1 0, une vue écorchée d'un navire méthanier 70 montre une cuve étanche ei isolée 71 de forme générale prismatique montée dans la double coque 72 du navire. La paroi de la cuve 71 comporte une barrière étanche primaire destinée à être en contact avec le GNL contenu dans la cuve, une barrière étanche secondaire agencée entre la barrière étanche primaire et la double coque du navire, et deux barrières thermiquement isolantes agencées respectivement entre la barrière étanche primaire et la barrière étanche secondaire, et entre la barrière étanche secondaire et la double coque 72.
De manière connue en soi, des canalisations de chargement/déchargement disposées sur le pont supérieur du navire peuvent être raccordées, au moyen de connecteurs appropriés, à un terminal maritime ou portuaire pour transférer une cargaison de GNL depuis ou vers la cuve 71 .
La figure 10 représente un exemple de terminal maritime comportant un poste de chargement et de déchargement 75, une conduite sous-marine 76 et une installation à terre 77. Le poste de chargement et de déchargement 75 est une installation fixe off-shore comportant un bras mobile 74 et une tour 78 qui supporte le bras mobile 74. Le bras mobile 74 porte un faisceau de tuyaux flexibles isolés 79 pouvant se connecter aux canalisations de chargement/déchargement 73. Le bras mobile 74 orientable s'adapte à tous les gabarits de méthaniers. Une conduite de liaison non représentée s'étend à l'intérieur de la tour 78. Le poste de chargement et de déchargement 75 permet le chargement et le déchargement du méthanier 70 depuis ou vers l'installation à terre 77. Celle- ci comporte des cuves de stockage de gaz liquéfié 80 et des conduites de liaison 81 reliées par la conduite sous-marine 76 au poste de chargement ou de déchargement 75. La conduite sous-marine 76 permet le transfert du gaz liquéfié entre le poste de chargement ou de déchargement 75 et l'installation à terre 77 sur une grande distance, par exemple 5 km, ce qui permet de garder le navire méthanier 70 à grande distance de la côte pendant les opérations de chargement et de déchargement. Pour engendrer la pression nécessaire au transfert du gaz liquéfié, on met en oeuvre des pompes embarquées dans le navire 70 et/ou des pompes équipant l'installation à terre 77 et/ou des pompes équipant le poste de chargement et de déchargement 75.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
L'usage du verbe «comporter», «comprendre» ou «inclure» et de ses formes conjuguées n'exclut pas la présence d'autres éléments ou d'autres étapes que ceux énoncés dans une revendication. L'usage de l'article indéfini « un » ou «une» pour un élément ou une étape n'exclut pas, sauf mention contraire, la présence d'une pluralité de tels éléments ou étapes.
Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication.

Claims

REVENDICATIONS
1. Cuve étanche et thermiquement isolante agencée dans une structure porteuse (8) pour contenir un fluide à basse température, dans laquelle une paroi de la cuve comporte :
une barrière d'étanchéité (2, 4) destinée à être au contact avec le produit contenu dans ladite cuve,
une barrière thermiquement isolante ( 1 , 3) constituée d'une pluralité d'éléments calorifuges (5, 6) juxtaposés de manière à former une surface de support sensiblement uniforme pour la barrière d'étanchéité,
un élément calorifuge présentant une forme sensiblement parallélépipédique et comportant :
une couche isolante rigide ( 19,33),
un panneau supérieur (20) fixé sur la couche isolante rigide et supportant la barrière d'étanchéité, le panneau supérieur présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur au coefficient de dilatation thermique de la couche isolante et
un panneau de fond rigide ( 1 8) fixé sous la couche isolante rigide, le panneau de fond présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur au coefficient de dilatation thermique de la couche isolante ,
la paroi de cuve comportant en outre une barrière d'étanchéité secondaire (2) et une barrière thermiquement isolante secondaire (1 ) , dans laquelle la barrière d 'étanchéité secondaire comporte des bandes de tôle métallique ( 10) parallèles dont les bords longitudinaux ( 12) sont relevés en saillie vers l'intérieur de la cuve et des ailes de soudure parallèles retenues sur la barrière thermiquement isolante secondaire et faisant saillie vers l'intérieur de la cuve à chaque fois entre deux bandes de tôle pour former un joint soudé étanche avec les bords longitudinaux relevés adjacents, les bandes de tôle et les ailes de soudure s'étendant selon une direction longitudinale (23) des éléments calorifuges de la barrière thermiquement isolante primaire disposée sur la barrière d'étanchéité secondaire,
les bords longitudinaux et les ailes de soudures faisant saillie dans des rainures inférieures longitudinales ( 1 1 ) traversant le panneau de fond ( 1 8) et s'étendant dans l'épaisseur de la couche isolante des éléments calorifuges et s'étendant parallèlement aux côtés longitudinaux de l'élément calorifuge,
dans laquelle le panneau de fond présente des fentes transversales (24) s'étendant à travers une partie de l'épaisseur du panneau de fond (18), les fentes s'étendant selon une direction perpendiculaire aux rainures inférieures longitudinales (1 1 ) .
2. Cuve selon la revendication 1 , dans laquelle l'élément calorifuge comporte en outre une couche isolante supérieure (32), collée sous le panneau supérieur et un panneau intermédiaire (31 ) collé sous la couche isolante supérieure (32), ladite couche isolante rigide (33) constituant une couche isolante inférieure (33) fixée sous le panneau intermédiaire (31 ) et le panneau de fond (18) étant fixé sous la couche isolante inférieure,
l'élément calorifuge présentant lesdites rainures inférieures longitudinales (1 1 ) et lesdites fentes transversales (34) traversant le panneau de fond et s'étendant à travers l'épaisseur de la couche isolante inférieure (33), les rainures inférieures longitudinales et les fentes transversales s'étendant respectivement parallèlement et perpendiculairement aux côtés longitudinaux de l'élément calorifuge.
3. Cuve selon la revendication 2, dans laquelle les rainures inférieures longitudinales (1 1 ) et les fentes transversales (34) traversent la totalité de l'épaisseur de la couche isolante inférieure (33).
4. Cuve selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle le panneau de fond présente des parties longitudinales (21 , 22) de panneau de fond délimitées par les rainures inférieures longitudinales (1 1 ),
des cales allongées (27, 29) étant fixées à cheval entre deux parties longitudinales de panneau de fond contiguës pour rigidifier le panneau de fond,
les cales s'étendant dans l'épaisseur de la couche isolante et délimitant un espace dans lequel s'étendent les bords longitudinaux et les ailes de soudure.
5. Cuve selon la revendication 4, dans laquelle les cales (27) sont fixées par leur base (28) au-dessus des parties longitudinales (21 , 22) de panneau de fond, la base de la cale (28) présentant en outre un canal s'étendant le long de la cale et délimitant ledit espace.
6. Cuve selon la revendication 4, dans laquelle les cales présentent une forme de profilé en forme de U (32), la cale comportant une aile (91 ) sur chaque extrémité du U,
les parties longitudinales de panneau de fond présentant des surfaces extérieures (30) sous les parties longitudinales de panneau de fond sur lesquelles sont fixées les ailes du profilé.
7. Cuve selon l'une des revendications 4 à 6, dans laquelle une pluralité de cales (27, 29) sont fixées à cheval et alignées entre deux parties longitudinales de panneau contiguës.
8. Cuve selon la revendication 1 , dans laquelle le panneau de fond ( 18) présente un coefficient de dilatation thermique supérieur au coefficient de dilatation thermique du panneau supérieur (20) .
9. Cuve selon l' une des revendications 1 à 8, dans laquelle le panneau supérieur est apte à engendrer une contrainte de flexion supérieure dans l'élément calorifuge par dilatation différentielle lorsque la paroi de cuve est soumise à un gradient de température entre l'intérieur et l'extérieure de la cuve,
le panneau de fond est apte à engendrer une contrainte de flexion inférieure dans l 'élément calorifuge par dilatation différentielle lorsque la paroi de cuve est soumise à un gradient de température entre l'intérieur et l'extérieure de la cuve,
le panneau supérieur, le panneau de fond et la couche isolante étant agencés de manière que les contraintes de flexion engendrée par dilatation différentielle se compensent sensiblement de manière à éviter les déformations par flexion de l'élément calorifuge lorsque la paroi de cuve est soumise à un gradient de température entre l'intérieur et l'extérieure de la cuve.
10. Navire (70) pour le transport d'un produit liquide froid, le navire comportant une double coque (72) et une cuve (71 ) selon l'une des revendications 1 à 9 disposée dans la double coque.
Π . Utilisation d'un navire (70) selon la revendication 10 pour le chargement ou déchargement d'un produit liquide froid, dans laquelle on achemine un produit liquide froid à travers des canalisations isolées (73, 79, 76, 81 ) depuis ou vers une installation de stockage flottante ou terrestre (77) vers ou depuis la cuve du navire (71 ) .
12. Système de transfert pour un produit liquide froid, le système comportant un navire (70) selon la revendication 10, des canalisations isolées (73, 79, 76, 81 ) agencées de manière à relier la cuve (71 ) installée dans la coque du navire à une installation de stockage flottante ou terrestre (77) et une pompe pour entraîner un flux de produit liquide froid à travers les canalisations isolées depuis ou vers l'installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.
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