"Réservoir de stockage d'un liquide devant être maintenu à
une température extrêmement basse"<1>*
Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats Unis
<EMI ID=1.1>
G. Filstead, Jr., dont la demanderesse est l'ayant droit.
La présente invention concerne un réservoir de stockage
d'un liquide devant être maintenu à une température extrêmement
basse et, plus particulièrement, un réservoir de grande capacité
pour le stockage d'un gaz liquéfié à bas point d'ébullition.
L'invention crée un réservoir de stockage de ce type dans
lequel il est possible de maintenir de grands volumes d'un gaz <EMI ID=2.1>
et dans lequel le liquide peut être renfermé avec sûreté sans qu'il s'établisse des pressions dépassant la mesure à laquelle
le réservoir peut résister ; ce réservoir est d'une construction simple et il peut être constitué facilement à l'aide de matières aisément disponibles de prix réduit, en donnant ainsi un moyen économique et efficace pour renfermer du gaz liquéfié ou un autre liquide devant être maintenu à une température extrêmement basse.
Diverses a autres caractéristiques ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit et des dessins annexés illustrant, à titre d'exemple, une forme de réalisation de l'invention.
La figure 1 est une coupe-élévation schématique d'un réservoir de stockage isolé suivant l'invention. La figure 2 est une coupe-élévation d'une variante d'un réservoir de stockage selon la figure 1.
<EMI ID=3.1>
<EMI ID=4.1>
constitué par @. méthane ayant un point d'ébullition d'environ
-I6I[deg.]C à la pression atmosphérique. Les hydrocarbures plus lourds, qui sont normalement présents avec le méthane dans le gaz naturel; tendent à élever le point d'ébullition du gaz liquéfié, mais une température entrant dans la gamme de -I5I[deg.]C à -I6I[deg.]C représente habituellement la température de point d'ébullition du gaz naturel liquéfié à la pression atmosphérique.
Le point d'ébullition serait quelque peu plus élevé à des pressions supérieures, mais, dans un réservoir de stockage de grands volumes de gaz liquéfié, il devient impossible en pratique de compter sur le stockage de gaz liquéfié sous des pressions dépassant quelques dixième de kg/cm , parce que les conditions de forces régnant par ailleurs sur les parois du réservoir seraient d'une grandeur telle qu'elles nécessiteraient des résistances difficiles à réaliser à des frais raisonnables. Il est évident que les caractéristiques décrites ici reçoivent leur application dans la construction de réservoirs utilisés pour renfermer d'autres gaz liquéfiés ou d'autres liquides à bas point d'ébullition qui doivent maintenus à des températures extrêmement basses.
Les réservoirs du type auquel l'invention s'applique comprennent ceux ayant une capacité de plusieurs dizaines, de préférence de plusieurs centaines de m3. Ces réservoirs ne sont pas obligatoirement de forme sphérique ou cylindrique, mais peuvent présenter une forme prismatique, carrée, triangulaire ou rectangulaire en section, de sorte que plusieurs d'entre eux peuvent être emboîtés les uns dans les autres pour utiliser plus complètement l'espace de stockage disponible, par exemple dans la
<EMI ID=5.1>
<EMI ID=6.1>
servoir a de préférence une forme cylindrique pour permettre dégaliser les forces développées autour de ses parois.
Les caractéristiques de l'invention sont applicables à un
<EMI ID=7.1>
rieure 10 servant à renfermer un liquide 12 et une enveloppe extérieure I4, espacée de l'enveloppe intérieure, pour ménager entre ces deux enveloppes un espace ouvert 16 destiné à être <EMI ID=8.1> de réduire au minimum la perte de chaleur dans le réservoir. Le réservoir est également muni d'un tube 20 communiquant avec sa partie inférieure pour le vidage et le remplissage, ainsi que d'un tuyau d'évent 22 pour permettre l'évacuation de vapeurs produites par la perte thermique dans le réservoir, afin d'éviter
<EMI ID=9.1>
Dans le stockage terrestre de gaz naturel liquéfié, dans lequel le réservoir est utilisé pour recevoir la matière liquéfiée quand elle est formée en constituant une réserve destinée à être chargée dans les dispositifs de transport, le réservoir est rempli progressivement à partir de l'installation de liquéfaction et est rapidement vidé lorsque le gaz liquéfié est transféré dans les dispositifs de transport.
Dans le stockage terrestre destiné à assurer un service de pointe d'une consommation publique, le gaz arrivant par canalisation doit être liquéfié pendant des périodes de faible consommation pour être stocké dans le réservoir jusqu' à ce que la consommation dépasse la quantité fournie par la canalisation, afin de permettre de satisfaire aux pointes de consommation, ce qui assure une efficacité maximum de la canalisation sensiblement pendant toute l'année. Dans le stockage terrestre, dans lequel le gaz liquéfié est reçu d'un moyen de transport pour être transformé dans une plus faible mesure en un gaz pour l'utilisation, le réservoir est rapidement rempli et est plus lentement vidé au cours de l'utilisation. Au cours de . ces opérations représentatives, le gaz naturel liquéfié est introduit et retiré du réservoir à une fréquence périodique.
Auparavant, l'espace 16 ménagé entre les enveloppes 12 et 14 était rempli de matières thermo-isolantes telles que perlité ou autres particules de matière céramique gonflée, particules de verre mousse ou matières analogues. Lorsqu'elles sont introduites sous la forme divisée, ces matières peuvent couler pour remplir d'une manière suffisamment complète l'espace ménagé entre les enveloppes afin d'isoler l'enveloppe intérieure de l'atmosphère ambiante.
On a trouvé que la construction décrite et les matières utilisées ne sont pas appropriées dans un réservoir de stockage <EMI ID=10.1>
est introduit périodiquement dans le réservoir pour 1s stockage et retiré de ce réservoir pour l'utilisation. Lorsque le réservoir est rempli ou sensiblement rempli du gaz liquéfié, les parois du réservoir se trouvant au-dessous du niveau liquide se trouvent à la température de ce dernier, tandis que les parois qui ne sont pas en contact avec le liquide ne sont que légèrement au-dessus de -I6I[deg.]C. Lorsque le liquide est retiré du réservoir, la température des parois de ce dernier s'élève progressivement vers la température ambiante et les parois peuvent même atteindre cette température si on laisse le réservoir vide pendant un temps prolongé. Une dilatation et une contraction considérables se produisent en réaction au changement de température dans la
<EMI ID=11.1>
Par exemple, un réservoir en aluminium d'un diamètre ou largeur de 9 m peut subir une variation de 3,5 cm en largeur et longueur, ainsi qu'une variation de 6,25 à 7,5 cm en hauteur lorsqu'il est refroidi de la température ambiante à la température du gaz liquéfié. Un réservoir en acier inoxydable subirait une variation de 3 cm dans le sens transversal et d'environ 6,25 cm en hauteur. Des changements correspondants se produiraient dans des réservoirs fabriqués en d'autres métaux pouvant être utilisés, tels qu'alliage d'aluminium, cuivre et aciers non austénitiques pouvant conserver leur ductilité à des températures inférieures à
37,8[deg.]C.
Lorsque la paroi intérieure 10 se contracte lors de l'abaissement de la température pour prendre la position représentée en traits pleins au dessin, l'espace ménagé entre les enveloppes intérieure et extérieure augmente dans une mesure importante. L'espace supplémentaire reste ouvert jusqu'à ce qu'il soit rempli de matière isolante par en haut, en augmentant ainsi la quantité de matière isolante placée entre les parois dans la partie inférieure du réservoir tout en donnant lieu à une insuffisance dans les parties supérieures. Lorsque le gaz liquéfié est ensuite retiré, les parois de l'enveloppe intérieure commencent à chauffer et peuvent se dilater vers l'extérieur pour prendre une position telle que celle représentée en traits mixtes au dessin, par quoi l'espace ménagé entre les parois intérieure et extérieure est diminué.
Ceci a pour effet que la matière isolante en quantité plus grande se trouvant entre les parois est compressée et tassée à une plus grande densité, en continuant à produire une résistance au tassage.
La fois suivante que le réservoir est rempli de gaz naturel liquéfié et que les parois de l'enveloppe intérieure se contractent de nouveau en s'écartant de l'enveloppe extérieure, la matière isolante arrivant d'en haut s'abaisse de nouveau pour remplir l'espace ainsi rendu disponible, ce qui augmente encore la quantité de matière isolante se trouvant dans l'espace ménagé entre les parois. La dilatation subséquente comprime la nouvelle
<EMI ID=12.1>
matière isolante se trouvant dans l'espace soit très tassé pour résister à toute nouvelle compression avec une force telle que les parois de l'enveloppe sont amenées à céder aux forces de la nature plutôt qu'à l'isolant et que le réservoir peut se trouver détruit .
Conformément à l'invention, les réactions indiquées peuvent être évitées en utilisant dans la combinaison décrite une matière isolante caractérisée par une élasticité continue au point de vu=_ du tassage et de la dilatation, cette matière continuant à être efficace aux basses conditions de température régnant continuellement pour occuper l'espace ménagé entre les parois de l'enveloppe intérieure et de l'enveloppe extérieure sans permettre une variation de la quantité de matière placée entre ces parois.
Il en résulte que l'espace ménagé entre ces parois reste toujours rempli de matière isolante, de sorte que cette dernière ne peut pas se tasser pour augmenter la quantité de matière en section entre les parois ; on réduit ainsi au minimum la variation de charge exercée sur les parois des enveloppes pendant la dilatation et la contraction quel que soit le nombre de cycles de dilatation et de contraction.
Ces nouvelles caractéristiques peuvent être appliquées
dans une construction de réservoir du type décrit en utilisant une matière isolante qui soit capable d'elle-même d'effectuer
une dilatation et une contraction libres et complètes sous les conditions de température et de pression qui règnent. En pratique, l'espace 16 ménagé entre les enveloppes 10 et 14 est rempli d'une matière isolante élastique affectant la forme d'une mousse de résine de polyisocyanate, de polystyrolène, d'un composé organosilicique et autres matières analogues, qui soit capable de conserver sa résistance et son élasticité sous les conditions de température qui règnent et qui soit capable de fonctionner comme élément élastique pour prendre un état compact afin d'occuper un plus faible espace lors de la dilatation de l'enveloppe intérieure ou pour prendre un état dilaté afin d'occuper de nouveau son espace initial lors de la contraction de l'enveloppe intérieure lorsque cet espace redevient disponible.
Il serait désirable de remplir l'espace de matière mousse ou spongieuse formée sur place, mais il est difficile d'effectuer un remplissage complet d'un espace renfermé aussi grand que celui envisagé dans un réservoir du type décrit. Ainsi, dans la mise en oeuvre de l'invention, la matière mousse ou spongieuse est réduite en morceaux de petites <EMI ID=13.1>
<EMI ID=14.1>
<EMI ID=15.1>
dans une construction du type décrit, la dilatation de
<EMI ID=16.1>
<EMI ID=17.1>
<EMI ID=18.1>
contraire caractérisée par une élasticité lui faisant reprendre son volume d'origine lorsque l'espace supplémentaire est; rendu
<EMI ID=19.1>
les particules de mousse ou de matière spongieuse
<EMI ID=20.1>
<EMI ID=21.1>
autrement être rempli de matière par en haut. Ainsi la
<EMI ID=22.1>
<EMI ID=23.1>
traction de l'enveloppe inférieure.
<EMI ID=24.1>
<EMI ID=25.1>
<EMI ID=26.1> simplement en soufflant la matière dans cet espace. Si on le désire des vapeurs capables d'effectuer une action d'adoucissement des matières résineuses ou élastomères peuvent être amenées à circuler à travers l'espace après que la matière a été introduite pour amollir les surfaces des éléments réduits dans une mesure suffisante pour établir un lien entre eux, en stabilisant encore davantage le système.
Au lieu de remplir tout l'espace 16 ménagé entre les enveloppes intérieure 10 et extérieure 14 de petits morceaux de matière isolante élastique, il est suffisant qu'une partie seulement de cet espace 16 soit munie d'une matière isolante élastique, tandis que le reste peut être garni d'une matière isolante, flexible ou non sous forme de particules, qui peut être versée pour remplir le reste de l'espace. Lorsque seulement une partie de l'espace est remplie de matière élastique il est désirable de placer la partie élastique 24 près de la face extérieure de l'enveloppe intérieure 10 pour limiter les mouvements relatifs à la section élastique qui est maintenue par la garniture moins flexible 26 et il est désirable que la section élastique occupe au moins 15 %, de préférence de 25 à 33 %, de la section entre les enveloppes intérieure et extérieure.
La section élastique 24 peut être composée de grandes barres ou de grandes plaques ou panneaux de matière isolante élastique du type précédemment décrit. Elle peut aussi être faite de couches de fibres de verre ou de laine minérale liée conformées en une structure poreuse élastique. Ces plaques ou plumeaux peuvent être suspendus ou supportés autrement par la surface extérieure
<EMI ID=27.1>
<EMI ID=28.1>
<EMI ID=29.1>
<EMI ID=30.1>
soufflées dans l'espace ou de matières réduites, telles que vermiculite, mica exfolié, argile soufflée, terre d'infusoires, liège granulé, matières plastiques poreuses granulées ou mousse de verre. Tous ces produits peuvent être versés pour remplir l'espace d'une manière sensiblement complète.
Ainsi lorsque l'enveloppe intérieure se dilate par suite d'une élévation de la température, la couche élastique 24 est comprimée sous une moindre largeur avec peu d'effet, s'il s'en produit, sur les matières se trouvant dans le reste de la section de l'espace ménagé entre les enveloppes intérieure et extérieure. Quand l'enveloppe intérieure se contracte par suite d'un abaissement de la température, la couche élastique 24 se trouvant près de la paroi se dilate pour occuper l'espace supplémentaire, en occupant ainsi continuellement l'espace tel qu'il est rendu disponible et en empêchant une redistribution de la matière isolante. On obtient, par suite, un isolement stabilisé avec des frais minima et avec la plus grande simplicité de construction et de montage.
L'invention décrite est limitée à une application particulière et à des matières particulières pour la solution de problèmes spéciaux qui s'y rapportent. Toutefois, elle présente des caractéristiques techniques pouvant avoir une importance considérable dans le stockage de gaz naturel liquéfié ou d'autres gaz liquéfiés à bas point d'ébullition devant être stockés sous un grand volume d.ans des récipients isolés.
Diverses modifications peuvent d'ailleurs être apportées
aux détails de construction, de disposition et de fonctionnement, sans sortir du cadre de l'invention.
<EMI ID=31.1>
à une température extrêmement basse, comportant une enveloppe intérieure imperméable aux liquides et aux vapeurs pour renfermer le liquide, une enveloppe extérieure espacée de l'enveloppe intérieure pour ménager entre ces enveloppes un espace renfermé, un tuyau d'admission traversant l'enveloppe extérieure et communiquant avec l'enveloppe intérieure pour introduire le liquide de l'enveloppe intérieure et l'en retirer et une sortie communiquant
<EMI ID=32.1>
l'enveloppe extérieure pour laisser échapper les gaz de l'enveloppe intérieure, une matière thermo-isolante remplissant l'espace ménagé entre les enveloppes intérieure et extérieure, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la matière isolante se trouvant près de la paroi extérieure de l'enveloppe intérieure est cons-
<EMI ID=33.1>
te élastique pouvant se tasser et se détendre pour permettre la réduction de volume lors de l'augmentation des dimensions de l'enveloppe intérieure par suite de la dilatation quand la tem-
<EMI ID=34.1>
l'occupation du plus grand espace disponible entre les enveloppes lors de -La contraction de l'enveloppe intérieure due à un abaissement de la température.