WO2015124536A2 - Procede et systeme d'inertage d'une paroi d'une cuve de stockage d'un gaz combustible liquefie - Google Patents

Procede et systeme d'inertage d'une paroi d'une cuve de stockage d'un gaz combustible liquefie Download PDF

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    • F17C2250/072—Action when predefined value is reached
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    • F17C2260/04—Reducing risks and environmental impact
    • F17C2260/042—Reducing risk of explosion

Definitions

  • the invention relates to the inerting of a sealed and thermally insulating tank wall for containing a liquefied fuel gas.
  • the invention can in particular be applied to the inerting of membrane cell walls which are used for the storage of liquefied natural gas (LNG).
  • LNG liquefied natural gas
  • Sealed and thermally insulating tanks are known for the storage of liquefied natural gas, comprising a tank wall having successively, in the thickness direction, from the inside to the outside of the tank, a primary waterproofing membrane. intended to be in contact with the liquefied natural gas, a primary thermally insulating barrier, a secondary sealing membrane, a secondary thermally insulating barrier and a bearing structure defining the general shape of the vessel.
  • the sealing membranes of such a tank may leak leading to the passage of liquefied natural gas from the interior of the tank to the thermally insulating barriers, primary and secondary.
  • a combustible gas is in the presence of an oxidizing gas and the concentration of combustible gas is in a concentration range between its lower explosive limit (LEL) and its upper explosive limit (LSE) and that the oxidizing gas is in a suitable concentration range, the combustible gas is likely to ignite and explode.
  • the thermally insulating barriers under an inert atmosphere by circulating nitrogen within these barriers.
  • the combustible and oxidizing gases which could be present in the thermally insulating barriers, are diluted in such a way that the explosive conditions are not reached.
  • the pressure inside the thermally insulating barriers must be maintained above a minimum pressure, generally of the order of 80 KPa so that the inert nature of the thermally insulating barrier can be reliably monitored.
  • the gas flow rates inside the thermally insulating barriers must also be maintained above a minimum flow rate.
  • An idea underlying the invention is to provide a method and a system for inerting a tank wall for containing a liquefied combustible gas which are reliable and increase the insulating capacity of the tank.
  • the invention provides a method of inerting a wall of a sealed and thermally insulating tank intended to contain a liquefied fuel gas, in which the wall has a multilayer structure comprising two impervious barriers and a barrier thermally insulating device disposed between the two impervious barriers, said thermally insulating barrier comprising insulating solids and a gaseous phase, said method providing:
  • threshold pressure Ps less than a threshold pressure Ps, said threshold pressure Ps being less than a flammable limit pressure Pi of the fuel gas
  • the first mode of inerting makes it possible, on the one hand, to ensure the inert nature of the gaseous phase present in the thermally insulating barrier since it is placed at a pressure lower than the flammable limit pressure of the combustible gas.
  • the method provides as soon as a threshold pressure Ps is reached, to switch to a second mode of operation, wherein the thermally insulating barrier is swept by an inert gas to sufficiently dilute the fuel gas and / or oxidant so that the explosive conditions are not reached.
  • the term inerting process of a thermally insulating barrier a method for ensuring that the gas phase contained in said thermally insulating barrier is not placed in explosive or flammable conditions a combustible gas.
  • such a method may include one or more of the following features:
  • a regulating device puts into operation a pumping device for placing the gaseous phase of the thermally insulating barrier under the negative reference pressure P1.
  • the threshold pressure Ps is less than 17000 Pa.
  • the threshold pressure Ps is less than the partial pressure of said combustible gas, at atmospheric pressure, in a gaseous mixture comprising a concentration of the fuel gas corresponding to the lower explosive limit of said fuel gas in the air, at 25 ° C. .
  • the threshold pressure Ps is between 20 and 35% of the partial pressure of said combustible gas, at atmospheric pressure, in a gaseous mixture comprising a concentration of the fuel gas corresponding to the lower explosive limit of said fuel gas in the air; at 25 ° C.
  • the threshold pressure Ps is 30% of the partial pressure of said combustible gas, at atmospheric pressure, in a gaseous mixture comprising a concentration of the fuel gas corresponding to the lower explosive limit of said combustible gas in the air, at 25.degree. ° C. the threshold pressure Ps is less than the partial pressure of the air, at atmospheric pressure, in a gaseous mixture comprising an air concentration corresponding to an oxygen concentration equal to a minimum concentration of oxygen allowing the flammability combustible gas.
  • the thermally insulating barrier is swept with an inert gas at atmospheric pressure.
  • the fuel gas is chosen from the group consisting of methane, ethane, n-butane, propane, ethylene and their mixtures.
  • the tank is for storing the combustible gas in the liquid state.
  • the fuel gas is stored in the tank at a temperature between - 163 ° C and 0 ° C, and more particularly at a temperature of about -163 ° C in the tank when the fuel gas is a liquefied natural gas stored at atmospheric pressure.
  • the inert gas is selected from the group consisting of dinitrogen, helium, argon and mixtures thereof.
  • one of the impervious barriers consists of a supporting structure, the other impervious barrier consists of a secondary metal membrane and the thermally insulating barrier is a secondary thermal insulating barrier,
  • the multilayer structure further comprising a primary metal membrane; intended to be in contact with the combustible gas stored inside the tank and a primary thermally insulating barrier disposed between the primary metal membrane and the secondary metal membrane, said primary heat-insulating barrier comprising insulating solids and a gas phase, the method further comprising:
  • a regulating device puts into operation a pumping device for placing the gaseous phase of the primary thermally insulating barrier under a negative reference pressure P1 ' lower than a threshold pressure Ps ', said threshold pressure Ps' being lower than the flammability limit pressure Pi of the fuel gas;
  • the second mode of inerting providing for sweeping the primary thermally insulating barrier with an inert gas.
  • the threshold pressure Ps is variable and the threshold pressure Ps is assigned a first value as long as the first inerting mode of the primary thermally insulating barrier is implemented and the threshold pressure Ps is assigned a second value in response to the detection of a gas phase pressure of the primary thermally insulating barrier exceeding the threshold pressure Ps'.
  • the invention also provides a system for inerting a wall of a sealed and thermally insulating tank intended to contain a liquefied fuel gas, in which the wall has a multilayer structure comprising two impervious barriers and a thermally insulating barrier disposed between the two impervious barriers, said thermally insulating barrier comprising insulating solids and a gaseous phase, the inerting system comprising:
  • a pumping device arranged to place the gas phase of the thermally insulating barrier under a negative relative pressure P1 lower than a threshold pressure Ps, said threshold pressure Ps being less than a flammable limit pressure P1 of the fuel gas;
  • a pressure sensor capable of supplying a signal representative of the pressure of the gas phase inside the thermally insulating barrier
  • an inert gas injection equipment connected, on the one hand, to an inert gas storage tank and / or an inert gas generator, and, on the other hand, to an inert gas supply duct, inside the thermally insulating barrier;
  • a steering unit able to:
  • such an inerting system may comprise one or more of the following characteristics:
  • the inert gas injection equipment is connected to a nitrogen generator.
  • the inerting system comprises a gas analyzer for measuring a concentration of combustible gas in the gas phase.
  • the invention also provides a sealed and thermally insulating vessel intended to contain a liquefied combustible gas having a wall having a multilayer structure comprising two watertight barriers and a thermally insulating barrier disposed between the two watertight barriers, said heat barrier.
  • insulating material comprising insulating solids and a gaseous phase, and an inerting system mentioned above.
  • one of the impervious barriers consists of a supporting structure and the other impervious barrier consists of a secondary metal membrane, the multilayer structure further comprising a primary metal membrane intended to be in contact with each other. with the combustible gas stored inside the vessel and a thermally insulating barrier disposed between the primary metal membrane and the secondary metal membrane.
  • Such 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 transporting a fluid comprises a tank mentioned above.
  • the invention also provides a method for loading or unloading such a vessel, in which a fluid is conveyed through isolated pipes from or to a floating or land storage facility to or from the tank of the vessel. ship.
  • 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 fluid through the insulated pipelines from or to the floating or land storage facility to or from the vessel vessel.
  • Figure 1 is a schematic view of a tank equipped with an inerting system.
  • Figure 2 is a graph illustrating the influence of pressure and temperature on the flammability limits of methane in the air.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a tank of cut-off LNG carrier that can be equipped with an inerting system and a loading / unloading terminal for this tank.
  • FIG. 1 schematically shows a tank 1 for storing a fuel gas.
  • Each wall of the vessel 1 comprises a multilayer structure comprising, from the outside towards the inside of the vessel 1, a carrier structure 2 defining the general shape of the vessel 1, a secondary thermally insulating barrier 3 comprising insulating elements against the carrier structure 2, a secondary sealing membrane 4, a primary thermally insulating barrier 5 comprising insulating elements resting against the secondary sealing membrane 4 and a primary sealing membrane 6 intended to be in contact with the liquefied fuel gas contained in the tank 1.
  • the supporting structure 2 may in particular be a self-supporting metal sheet and / or be formed by the hull or the double hull of a ship.
  • Thermally insulating barriers 3, 5 comprise insulating solids and a gas phase.
  • the thermally insulating barriers 3, 5 are formed of heat insulating boxes, not shown.
  • the boxes include a bottom panel and a cover panel, for example plywood, and a plurality of spacers interposed between the bottom and top panels. Compartments for housing a heat-insulating lining are provided between the spacers.
  • the heat insulating lining may be made of any material having appropriate thermal insulation properties.
  • the heat-insulating lining is chosen from materials such as perlite, glass wool, polyurethane foam, polyethylene foam, polyvinyl chloride foam, aerogels or others.
  • the primary and secondary waterproofing membranes 4, 6 consist, for example, of a continuous sheet of metal strakes with raised edges, said strakes being welded by their raised edges on parallel welding supports, fixed on the lid of the boxes. .
  • the primary and secondary waterproofing membranes 4, 6 are gas and liquid tight.
  • the supporting structure 2 is also waterproof. Therefore, within the meaning of the present description and the claims, the term “sealed barrier” covers both the waterproofing membranes 4, 6 and the supporting structure 2.
  • the secondary heat-insulating barrier 3 is arranged in a a sealed space which is isolated from the ambient pressure, on the one hand, by a first sealed barrier constituted by the secondary sealing membrane 4, on the other hand, by a second sealed barrier constituted by the supporting structure 2.
  • the combustible gas is a liquefied gas, that is, a chemical body or a mixture of chemical bodies that has been placed in a liquid phase at low temperature and would occur in a vapor phase under normal temperature and temperature conditions. pressure.
  • the liquefied gas 3 can in particular be a liquefied natural gas (LNG), that is to say a gaseous mixture comprising mainly methane and one or more other hydrocarbons, such as ethane, propane, n- butane, ⁇ -butane, n-pentane, i-pentane, and nitrogen in a small proportion.
  • Liquefied natural gas is stored at atmospheric pressure at a temperature of about -162 ° C.
  • the fuel gas may also be ethane or a liquefied petroleum gas (LPG), that is to say a mixture of hydrocarbons from petroleum refining comprising mainly propane and n-butane.
  • the fuel gas may also be ethylene.
  • the inerting process is more particularly intended to ensure the inerting of the secondary thermally insulating barrier 3.
  • the gas phase contained in the thermally insulating barrier 3 is maintained around a set pressure P1 lower than a flammable limit pressure Pi of the fuel gas.
  • a flammable limit pressure Pi below which a combustible gas is no longer flammable.
  • the set pressure P1 is an absolute pressure lower than the ambient atmospheric pressure, that is to say a negative relative pressure.
  • Figure 2 illustrates, by way of example, the flammability limits of methane in air as a function of pressure and temperature. It is thus observed that the flammable limit pressure Pi of methane in air is, at 25 ° C., of the order of 130 mm of Mercury, ie 17331 Pa. Also, whatever the proportions of fuel gas and oxygen in the gas phase of the thermally insulating barrier 3, it is not likely to ignite and explode when placed at such a set pressure P1, less than the pressure Flammability limit Pi of the combustible gas.
  • This first mode of inerting also has the advantage of increasing the insulating power of the thermally insulating barrier 3.
  • the table below represents the orders of magnitude of the flammable limit pressures in air at 25 ° C of different combustible gases.
  • the inerting system comprises a pumping device 7 connected by a pipe 8 to the thermally insulating barrier 3.
  • the pumping device 7 comprises one or more vacuum pumps able to allow maintain the thermally insulating barrier 3 under a low pressure, of the order of a few hundred or thousands of Pascal.
  • the vacuum pumping device is for example a staged or series set of vane pumps and Roots pumps.
  • the system also comprises a pressure sensor 9 for delivering a signal representative of the pressure of the gas phase inside the thermally insulating barrier 3.
  • the pressure sensor 9 is connected to a pressure regulating device for controlling the pumping device 7 as a function of the set pressure P1.
  • the regulating device is capable of operating the pumping device 7 when the pressure measured by the pressure sensor 9 is greater than the set pressure P1 and stopping the pumping device 7 when the measured pressure is less than the set pressure P1.
  • the control device is advantageously equipped with a hysteresis to improve the stability of the regulation.
  • the device The regulation may optionally be integrated with the pumping device 7 or be integrated with a control unit 10 of the inerting system.
  • the inerting system is also adapted to operate in a second mode in which the inerting of the thermally insulating barrier 3 is ensured, at atmospheric pressure, by an inert gas sweep.
  • This second mode of inerting corresponds to a degraded mode of operation which is particularly adapted when there occurs a loss of tightness of one of the sealed barriers 2, 4 bordering the thermally insulating barrier 3.
  • the thermally insulating barrier 3 is no longer isolated from the ambient pressure and it thus becomes impossible to maintain a negative relative pressure lower than a threshold pressure Ps.
  • the inerting system comprises an inert gas injection equipment 11 for sweeping the thermally insulating barrier 3 with an inert gas.
  • the injection equipment 11 comprises a tank of pressurized inert gas 12 connected to an inert gas supply pipe 14 opening inside the thermally insulating barrier 3.
  • the pressurized inert gas tank 12 is connected. to the pipe 14 by a valve 16 for regulating the flow and / or the pressure of the injection of inert gas inside the thermally insulating barrier 3.
  • the size of the inert gas reservoir 12 under pressure must be sufficient so that, in case of leakage of one and / or the other of the sealed barriers 2, 4 bordering the secondary heat-insulating barrier 3, the injection equipment 11 is able to ensure sufficient dilution of the gas fuel and / or oxidizing gas in order not to reach the explosive limit concentrations.
  • the reservoir 12 must in particular be able to store an amount of inert gas substantially equivalent to the quantity of gaseous phase contained at atmospheric pressure in the thermally insulating barrier 3.
  • the inert gas is selected from the group consisting of dinitrogen, helium, argon and mixtures thereof. In one embodiment, the inert gas used is dinitrogen.
  • the inerting system comprises an inert gas generator in addition to or in lieu of the tank of inert gas under pressure 12.
  • the gas generator inert can notably be a nitrogen generator for extracting dinitrogen from the surrounding air.
  • the pipe 14 may also be equipped with an additional pump 13, optional, to ensure the injection of inert gas, especially when the injection equipment is equipped with an inert gas generator.
  • the inerting system also comprises a control unit 10 connected to the pressure sensor 9, to the pumping device 7 and to the inert gas injection equipment 11.
  • the function of the control unit 10 is notably to trigger automatically the second mode of inerting when the first mode of inerting can not be implemented under satisfactory safety conditions, because of a leakage loss of one and / or the other of the impervious barriers 2 , 4 bordering the thermally insulating barrier 3.
  • the control unit 10 is able to receive and process the signal representative of the pressure of the gaseous phase of the thermally insulating barrier 3 generated by the pressure sensor 9.
  • the control unit 0 compares the pressure P of the gas phase inside the thermally insulating barrier 3 to a threshold pressure Ps, higher than the set pressure P1.
  • the control unit 10 automatically switches from the first inerting mode to the second inerting mode.
  • the control unit 10 generates a start-up signal of the inert gas injection equipment 11 and a stop signal of the pumping device 7.
  • the control unit 10 is also able to generate an alarm signal, upon detection of a threshold pressure overshoot Ps.
  • the threshold pressure Ps and consequently the set pressure P1 of the pumping device 7, must be judiciously chosen according to the nature of the fuel gas contained in the tank 1 in order to ensure the safety of the return of the gas phase to the atmospheric pressure under the effect of the injection of inert gas.
  • the threshold pressure Ps must indeed be defined in such a way that, when a leakage occurs, the gaseous phase in the thermally insulating barrier 3 is not likely to comprise combustible gas and / or oxidizing gas in proportions that would be likely to be included in the explosive zone when the gaseous phase will return to atmospheric pressure as a result of the injection of inert gas.
  • the threshold pressure Ps is less than the partial pressure of the combustible gas, at atmospheric pressure, at a concentration corresponding to the lower explosive limit of said combustible gas in the air, at 25 ° C. vs.
  • the lower flammability limit of methane is 5% by volume at atmospheric pressure (101,325 Pa) and at 25 ° C.
  • the methane partial pressure corresponding to a volume concentration of 5% methane at atmospheric pressure is therefore about 5 066 Pa.
  • a quantity of methane corresponding to the lower explosive limit of the methane, the atmospheric pressure was to constitute alone the entire gas phase contained in the thermally insulating barrier 3, its pressure would be 5,066 Pa.
  • the pressure P of the gas phase in the thermally insulating barrier 3 is less than 5,066 Pa, there is no risk that the concentration of methane once returned to atmospheric pressure of 101,325 Pa reaches the lower explosive limit, considering a complete and instantaneous dilution of the fuel gas in nitrogen.
  • the threshold pressure Ps is chosen by taking a safety margin with respect to the pressure mentioned above, in particular in order to take into account the inhomogeneous mixing phenomena of the gas phase in the thermally insulating barrier 3 and the time required to inject a quantity of inert gas sufficient for the gas phase to rise to atmospheric pressure.
  • a threshold pressure Ps is chosen between 20 and 35%, and preferably of the order of 30%, of the partial pressure of the fuel gas, at atmospheric pressure, at the concentration of the fuel gas corresponding to its lower explosive limit. Therefore, in the case of a methane storage tank, a threshold pressure Ps between 1013 and 1773 Pa, and preferably of the order of 1520 Pa, will be chosen.
  • the table below shows the lower flammability limits of different combustible gases and includes pressure values.
  • threshold Ps corresponding to 30% of the partial pressure of the combustible gases, at atmospheric pressure, at a concentration corresponding to their lower explosive limit.
  • the threshold pressure Ps may not be defined as a function of the lower flammable limit of the fuel gas but as a function of the minimum concentration of oxidizer allowing the inflammability of the fuel gas. This is particularly the case when the minimum air concentration for flammability of the fuel gas is lower than the concentration of fuel gas corresponding to its lower explosive limit.
  • the inerting system also includes a gas analyzer 15 for measuring a concentration of combustible gas in the gas phase.
  • the gas analyzer 15 is here placed at the outlet of the pumping device 7.
  • the gas analyzer 15 can in particular comprise a combustible gas detector selected from the group consisting of catalytic wire detectors, infra-red detectors, especially those operating by absorbance and / or transmittance measurement, and electrochemical cell detectors.
  • the gas analyzer 15 can be used during the first mode of inerting to detect combustible gas leaks, in addition to the comparison of the pressure P of the gas phase inside. of the thermally insulating barrier 3 at a threshold pressure Ps.
  • the gaseous phase sample extracted from the thermally insulating barrier 3 must first be diluted with an inert gas before its analysis.
  • the gas analyzer 15 can also be used to analyze the gas phase of the thermally insulating barrier 3, at regular intervals, during the second inerting mode.
  • the control unit 10 regulates the injection rates of inert gas in the thermally insulating barrier 3 as a function of the concentrations of combustible gases measured.
  • the inerting process described above is more particularly intended to ensure the inerting of the secondary thermally insulating barrier 3, the invention is not limited to such an embodiment. Indeed, according to other embodiments, the inerting process can also be implemented at the level of the primary thermally insulating barrier 5 or be applied to a tank 1 having only one thermally insulating barrier extending between a sealing membrane intended to be in contact with the liquefied fuel gas and a carrier structure. Also, in general, the inerting process can be applied to any thermally insulating barrier disposed between two impervious barriers and isolated from the ambient pressure by said impermeable barriers.
  • an inerting process as described above is applied, independently, both within the secondary thermally insulating barrier 3 and within the primary thermally insulating barrier 5.
  • the inerting system further comprises:
  • the control unit 10 compares the pressure of the gas phase inside the thermally insulating barrier 5 with a threshold pressure Ps ', higher than the set pressure P1' and automatically switches from the first inerting mode. to the second inerting mode of the primary thermally insulating barrier 5 when the pressure of the gas phase contained in the primary thermally insulating barrier 5 exceeds the threshold pressure Ps'.
  • the threshold pressure Ps' a first value defined solely as a function of the minimum concentration of oxidizer allowing the flammability combustible gas.
  • control unit 10 detects a pressure of the gas phase of the primary thermally insulating barrier 5 exceeding the threshold pressure Ps', it is then necessary to assign the threshold pressure Ps a second value which must also be defined depending on the lower limit of flammability of the fuel gas as we have seen above.
  • the threshold pressure Ps' whose overshoot is likely to trigger the second mode of inerting of the primary thermally insulating barrier 5 is variable depending on the inerting mode implemented in the secondary thermally insulating barrier 3.
  • a cutaway view of a LNG tank 70 shows a sealed and insulated tank 71 of generally prismatic shape mounted in the double hull 72 of the ship.
  • loading / unloading lines 73 arranged on the upper deck of the ship can be connected by appropriate connectors to a marine or port terminal to transfer a cargo of LNG to or from vessel 71.
  • FIG. 3 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 connection 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

L'invention concerne un procédé d'inertage d'une paroi d'une cuve (1) étanche et thermiquement isolante destinée à contenir un gaz combustible liquéfié, dans lequel la paroi présente une structure multicouche comportant deux barrières étanches (2, 4) et une barrière thermiquement isolante (3), ledit procédé prévoyant : - de mettre en œuvre un premier mode d'inertage dans lequel l'on place la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante (3) sous une pression relative inférieure à une pression limite d'inflammabilité Pi du gaz combustible; - de détecter, pendant le premier mode d'inertage, que la pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante (3) dépasse ladite pression seuil Ps; - de basculer du premier mode d'inertage vers un second mode d'inertage, le second mode d'inertage prévoyant de balayer la barrière thermiquement isolante (3) avec un gaz inerte.

Description

Procédé et système d'inertage d'une paroi d'une cuve de stockage d'un gaz combustible liquéfié
Domaine technique
L'invention se rapporte à l'inertage d'une paroi de cuve étanche et thermiquement isolante destinée à contenir un gaz combustible liquéfié.
L'invention peut notamment s'appliquer à l'inertage de parois de cuves à membranes qui sont employées pour le stockage de gaz naturel liquéfié (GNL).
Arrière-plan technologique
Il est connu des cuves étanches et thermiquement isolantes pour le stockage de gaz naturel liquéfié comprenant une paroi de cuve présentant successivement, dans le sens de l'épaisseur, depuis l'intérieur vers l'extérieur de la cuve, une membrane d'étanchéité primaire destinée à être en contact avec le gaz naturel liquéfié, une barrière thermiquement isolante primaire, une membrane d'étanchéité secondaire, une barrière thermiquement isolante secondaire et une structure porteuse définissant la forme générale de la cuve.
Les membranes d'étanchéité d'une telle cuve peuvent présenter des fuites entraînant le passage de gaz naturel liquéfié de l'intérieur de la cuve vers les barrières thermiquement isolantes, primaire et secondaire. Or, lorsqu'un gaz combustible se trouve en présence d'un gaz comburant et que la concentration de gaz combustible se trouve dans une plage de concentration comprise entre sa limite inférieure d'explosivité (LIE) et sa limite supérieure d'explosivité (LSE) et que le gaz comburant se trouve dans une plage de concentration appropriée, le gaz combustible est susceptible de s'enflammer et d'exploser.
Aussi, afin d'éviter des accidents, il est connu de maintenir les barrières thermiquement isolantes sous une atmosphère inerte en faisant circuler de l'azote au sein de ces barrières. Ainsi, les gaz combustibles et comburants, qui pourraient être présents dans les barrières thermiquement isolantes, sont dilués de telle sorte que les conditions d'explosivité ne sont pas atteintes. Il est en outre prévu d'équiper la cuve d'un analyseur de gaz permettant de mesurer une concentration de gaz combustible au sein de la barrière thermiquement isolante afin de détecter une fuite de gaz naturel liquéfié au travers des barrières étanches primaire et/ou secondaire.
Il est par ailleurs connu de maintenir la phase gazeuse de l'une et/ou l'autre des barrières thermiquement isolantes sous une pression absolue inférieure à la pression atmosphérique ambiante, c'est à dire à une pression relative négative, afin
FEU ILLE DE REM PLACEM ENT (RÈGLE 26) d'augmenter le pouvoir isolant desdites barrières thermiquement isolantes. Un tel procédé est par exemple décrit dans la demande de brevet français FR2535831.
Toutefois, la plupart des analyseurs de gaz ne sont pas susceptibles de fournir des mesures fiables à basse pression. Dès lors, la pression à l'intérieur des barrières thermiquement isolantes doit être maintenue au-dessus d'une pression minimum, généralement de l'ordre de 80 KPa pour que le caractère inerte de la barrière thermiquement isolante puisse être surveillée de manière fiable. De même, les débits de circulation de gaz à l'intérieur des barrières thermiquement isolantes doivent également être maintenus au-dessus d'un débit minimum.
Ainsi, il n'est pas possible de surveiller de manière fiable le caractère inerte d'une barrière thermiquement isolante lorsque celle-ci est maintenue à faible pression.
Résumé
Une idée à la base de l'invention est de fournir un procédé et un système d'inertage d'une paroi de cuve destinée à contenir un gaz combustible liquéfié qui soient fiables et permettent d'augmenter le pouvoir isolant de la cuve.
Selon un mode de réalisation, l'invention fournit un procédé d'inertage d'une paroi d'une cuve étanche et thermiquement isolante destinée à contenir un gaz combustible liquéfié, dans lequel la paroi présente une structure multicouche comportant deux barrières étanches et une barrière thermiquement isolante disposée entre les deux barrières étanches, ladite barrière thermiquement isolante comportant des matières solides isolantes et une phase gazeuse, ledit procédé prévoyant :
- de mettre en œuvre un premier mode d'inertage dans lequel l'on place la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante sous une pression relative négative
P1 inférieure à une pression seuil Ps, ladite pression seuil Ps étant inférieure à une pression limite d'inflammabilité Pi du gaz combustible ;
- de détecter, pendant le premier mode d'inertage, que la pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante dépasse ladite pression seuil Ps ; - de basculer du premier mode d'inertage vers un second mode d'inertage en réponse à la détection d'une pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante dépassant la pression seuil Ps, le second mode d'inertage prévoyant de balayer la barrière thermiquement isolante avec un gaz inerte. Ainsi, le premier mode d'inertage permet, d'une part, d'assurer le caractère inerte de la phase gazeuse présente dans la barrière thermiquement isolante puisqu'elle est placée à une pression inférieure à la pression limite d'inflammabilité du gaz combustible et, d'autre part, d'augmenter le pouvoir isolant de la cuve en maintenant ladite barrière thermiquement isolante en dépression. De plus, le caractère inerte est assuré de manière fiable puisque, en cas de perte d'étanchéité d'une des membranes étanches empêchant de maintenir une pression inférieure à la limite d'inflammabilité, le procédé prévoit dès qu'une pression seuil Ps est atteinte, de basculer dans un second mode de fonctionnement, dans lequel la barrière thermiquement isolante est balayée par un gaz inerte afin de diluer suffisamment les gaz combustibles et/ou comburant pour que les conditions d'explosivité ne soient pas atteintes.
Notons qu'au sens de la présente description, on entend par procédé d'inertage d'une barrière thermiquement isolante, un procédé permettant d'assurer que la phase gazeuse contenue dans ladite barrière thermiquement isolante ne soit pas placée dans des conditions explosives ou inflammable d'un gaz combustible.
Selon des modes de réalisation, un tel procédé peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- dans le premier mode d'inertage, un dispositif de régulation met en fonctionnement un dispositif de pompage pour placer la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante sous la pression relative négative de consigne P1.
- La pression seuil Ps est inférieure à 17000 Pa.
- la pression seuil Ps est inférieure à la pression partielle dudit gaz combustible, à la pression atmosphérique, dans un mélange gazeux comprenant une concentration du gaz combustible correspondant à la limite inférieure d'explosivité dudit gaz combustible dans l'air, à 25°C.
- la pression seuil Ps est comprise entre 20 et 35 % de la pression partielle dudit gaz combustible, à la pression atmosphérique, dans un mélange gazeux comprenant une concentration du gaz combustible correspondant à la limite inférieure d'explosivité dudit gaz combustible dans l'air, à 25°C.
- la pression seuil Ps est de 30 % de la pression partielle dudit gaz combustible, à la pression atmosphérique, dans un mélange gazeux comprenant une concentration du gaz combustible correspondant à la limite inférieure d'explosivité dudit gaz combustible dans l'air, à 25°C. - la pression seuil Ps est inférieure à la pression partielle de l'air, à la pression atmosphérique, dans un mélange gazeux comprenant une concentration d'air correspondant à une concentration d'oxygène égale à une concentration minimum d'oxygène permettant l'inflammabilité du gaz combustible.
- dans le second mode d'inertage la barrière thermiquement isolante est balayée avec un gaz inerte, à pression atmosphérique.
- le gaz combustible est choisi dans le groupe constitué du méthane, de l'éthane, du n-butane, du propane, de l'éthylène et de leurs mélanges.
- La cuve est destinée au stockage du gaz combustible à l'état liquide.
- Le gaz combustible est stocké dans la cuve à une température comprise entre - 163°C et 0°C, et plus particulièrement à une température de l'ordre de -163°C dans la cuve lorsque le gaz combustible est un gaz naturel liquéfié stocké à pression atmosphérique.
- le gaz inerte est choisi dans le groupe constitué du diazote, de l'hélium, de l'argon et de leurs mélanges.
- l'une des barrières étanches est constituée d'une structure porteuse, l'autre barrière étanche est constituée d'une membrane métallique secondaire et la barrière thermiquement isolante est une barrière thermiquement isolante secondaire, la structure multicouche comportant en outre une membrane métallique primaire destinée à être en contact avec le gaz combustible stocké à l'intérieur de la cuve et une barrière thermiquement isolante primaire disposée entre la membrane métallique primaire et la membrane métallique secondaire, ladite barrière thermiquement isolante primaire comportant des matières solides isolantes et une phase gazeuse, le procédé prévoyant en outre :
o de mettre en œuvre un premier mode d'inertage de la barrière thermiquement isolante primaire dans lequel un dispositif de régulation met en fonctionnement un dispositif de pompage pour placer la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante primaire sous une pression relative négative de consigne P1 ' inférieure à une pression seuil Ps', ladite pression seuil Ps' étant inférieure à la pression limite d'inflammabilité Pi du gaz combustible ;
o de détecter, pendant le premier mode d'inertage de la barrière thermiquement isolante primaire, que la pression de la phase gazeuse dans ladite barrière thermiquement isolante primaire dépasse ladite pression seuil Ps' ;
o de basculer du premier mode d'inertage vers un second mode d'inertage de la barrière thermiquement isolante primaire en réponse à la détection d'une pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante primaire dépassant la pression seuil Ps', le second mode d'inertage prévoyant de balayer la barrière thermiquement isolante primaire avec un gaz inerte.
- la pression seuil Ps est variable et l'on assigne à la pression seuil Ps une première valeur tant que le premier mode d'inertage de la barrière thermiquement isolante primaire est mis en oeuvre et l'on assigne à la pression seuil Ps une seconde valeur en réponse à la détection d'une pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante primaire dépassant la pression seuil Ps'.
Selon un mode de réalisation, l'invention fournit également un système d'inertage d'une paroi d'une cuve étanche et thermiquement isolante destinée à contenir un gaz combustible liquéfié, dans lequel la paroi présente une structure multicouche comportant deux barrières étanches et une barrière thermiquement isolante disposée entre les deux barrières étanches, ladite barrière thermiquement isolante comportant des matières solides isolantes et une phase gazeuse, le système d'inertage comprenant :
- un dispositif de pompage agencé pour placer la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante sous une pression relative négative P1 inférieure à une pression seuil Ps, ladite pression seuil Ps étant inférieure à une pression limite d'inflammabilité Pi du gaz combustible ;
- un capteur de pression apte à fournir un signal représentatif de la pression de la phase gazeuse à l'intérieur de la barrière thermiquement isolante;
- un équipement d'injection de gaz inerte raccordé, d'une part à un réservoir de stockage de gaz inerte et/ou un générateur de gaz inerte, et, d'autre part, à une canalisation d'amenée de gaz inerte à l'intérieur de la barrière thermiquement isolante ; et
- une unité de pilotage apte à :
o détecter que la pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante dépasse ladite pression seuil Ps ; et à o générer un signal de mise en fonctionnement de l'équipement d'injection de gaz inerte en réponse à la détection d'une pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante dépassant la pression seuil Ps.
Selon des modes de réalisation, un tel système d'inertage peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- l'équipement d'injection de gaz inerte est raccordé à un générateur de diazote.
- le système d'inertage comporte un analyseur de gaz pour mesurer une concentration de gaz combustible dans la phase gazeuse.
Selon un mode de réalisation, l'invention fournit aussi une cuve étanche et thermiquement isolante destinée à contenir un gaz combustible liquéfié comportant une paroi présentant une structure multicouche comportant deux barrières étanches et une barrière thermiquement isolante disposée entre les deux barrières étanches, ladite barrière thermiquement isolante comportant des matières solides isolantes et une phase gazeuse, et un système d'inertage précité.
Dans un mode de réalisation, l'une des barrières étanches est constituée d'une structure porteuse et, l'autre barrière étanche est constituée d'une membrane métallique secondaire, la structure multicouche comportant en outre une membrane métallique primaire destinée à être en contact avec le gaz combustible stocké à l'intérieur de la cuve et une barrière thermiquement isolante disposée entre la membrane métallique primaire et la membrane métallique secondaire.
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 fluide comporte une cuve précitée.
Selon un mode de réalisation, l'invention fournit aussi un procédé de chargement ou déchargement d'un tel navire, dans lequel on achemine un fluide 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 fluide à travers les canalisations isolées depuis ou vers l'installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.
Brève description des figures
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés.
• La figure 1 est une vue schématique d'une cuve équipée d'un système d'inertage.
• La figure 2 est une courbe illustrant l'influence de la pression et de la température sur les limites d'inflammabilité du méthane dans l'air.
• La figure 3 est une vue schématique représentant une cuve de méthanier écorchée pouvant être équipée d'un système d'inertage et un terminal de chargement/déchargement de cette cuve.
Description détaillée de modes de réalisation
En référence à la figure 1 , on a représenté schématiquement une cuve 1 destinée au stockage d'un gaz combustible. Chaque paroi de la cuve 1 comprend une structure multicouche comportant, depuis l'extérieur vers l'intérieur de la cuve 1 , une structure porteuse 2 définissant la forme générale de la cuve 1 , une barrière thermiquement isolante secondaire 3 comportant des éléments isolants reposant contre la structure porteuse 2, une membrane d'étanchéité secondaire 4, une barrière thermiquement isolante primaire 5 comportant des éléments isolants reposant contre la membrane d'étanchéité secondaire 4 et une membrane d'étanchéité primaire 6 destinée à être en contact avec le gaz combustible liquéfié contenu dans la cuve 1.
La structure porteuse 2 peut notamment être une tôle métallique autoporteuse et/ou être formée par la coque ou la double coque d'un navire. Les barrières thermiquement isolantes 3, 5 comportent des matières solides isolantes et une phase gazeuse. Selon un mode de réalisation, les barrières thermiquement isolantes 3, 5 sont formées de caisses calorifuges, non illustrées. Les caisses comportent un panneau de fond et un panneau de couvercle, par exemple en contreplaqué, et une pluralité d'éléments d'espacement interposés entre les panneaux de fond et de couvercle. Des compartiments pour le logement d'une garniture calorifuge sont ménagés entre les éléments d'espacement. La garniture calorifuge peut être réalisée par tout matériau présentant des propriétés d'isolation thermique appropriées. A titre d'exemple, la garniture calorifuge est choisie parmi les matériaux tels que la perlite, la laine de verre, la mousse de polyuréthane, la mousse de polyéthylène, la mousse de polychlorure de vinyle, les aérogels ou autres.
Les membranes d'étanchéité primaire et secondaire 4, 6 sont, par exemple, constituées d'une nappe continue de virures métalliques à bords relevés, lesdites virures étant soudées par leurs bords relevés sur des supports de soudure parallèles, fixés sur le couvercle des caisses.
Les membranes d'étanchéités primaire et secondaire 4, 6 sont étanches aux gaz et aux liquides. La structure porteuse 2 est également étanche. Dès lors, au sens de la présente description et des revendications, le terme de « barrière étanche » couvre à la fois les membranes d'étanchéité 4, 6 et la structure porteuse 2. Ainsi, la barrière thermiquement isolante secondaire 3 est agencée dans un espace étanche qui est isolé de la pression ambiante, d'une part, par une première barrière étanche constituée de la membrane d'étanchéité secondaire 4, d'autre part, par une seconde barrière étanche constituée par la structure porteuse 2.
Le gaz combustible est un gaz liquéfié, c'est-à-dire un corps chimique ou un mélange de corps chimiques qui a été placé dans une phase liquide à basse température et qui se présenterait dans une phase vapeur dans les conditions normales de température et de pression. Le gaz liquéfié 3 peut notamment être un gaz naturel liquéfié (GNL), c'est-à-dire un mélange gazeux comportant majoritairement du méthane ainsi qu'un ou plusieurs autres hydrocarbures, tels que l'éthane, le propane, le n-butane, le Ί-butane, le n-pentane le i-pentane et de l'azote en faible proportion. Le gaz naturel liquéfie est stocké à pression atmosphérique à une température d'environ -162°C. Le gaz combustible peut également être de l'éthane ou un gaz de pétrole liquéfié (GPL), c'est-à-dire un mélange d'hydrocarbures issu du raffinage du pétrole comportant essentiellement du propane et du n-butane. Le gaz combustible peut également être de l'éthylène.
Les températures de stockage à pression atmosphérique des différents gaz combustibles sont regroupées dans le tableau ci-dessous :
Figure imgf000011_0001
Afin d'éviter que, en raison de fuites de gaz naturel liquéfié au travers des membranes d'étanchéité 4, 6 et/ou d'air au travers de la structure porteuse 2, un mélange gazeux ne soit présent dans des proportions explosives dans les parois de la cuve 1 , celles-ci sont soumises à un procédé d'inertage qui sera détaillée ci- dessous.
Notons que, dans le mode de réalisation décrit et représenté, le procédé d'inertage vise plus particulièrement à assurer l'inertage de la barrière thermiquement isolante secondaire 3.
Le procédé et le système d'inertage qui seront détaillés ci-dessous présentent la particularité de pouvoir fonctionner selon deux modes d'inertage distincts.
Selon un premier mode d'inertage, la phase gazeuse contenue dans la barrière thermiquement isolante 3 est maintenue autour d'une pression de consigne P1 inférieure à une pression limite d'inflammabiiité Pi du gaz combustible. Il existe en effet une pression limite d'inflammabiiité Pi en dessous de laquelle un gaz combustible n'est plus inflammable. La pression de consigne P1 est une pression absolue inférieure à la pression atmosphérique ambiante, c'est à dire une pression relative négative.
La figure 2 illustre, à titre d'exemple, les limites d'inflammabiiité du méthane dans l'air en fonction de la pression et de la température. On observe ainsi que la pression limite d'inflammabiiité Pi du méthane dans l'air est, à 25°C, de l'ordre de 130 mm de Mercure, soit 17331 Pa. Aussi, quelles que soient, les proportions de gaz combustible et d'oxygène dans la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante 3, celle-ci n'est pas susceptible de s'enflammer et d'exploser lorsqu'elle est placée à une telle pression de consigne P1 , inférieure à la pression limite d'inflammabilité Pi du gaz combustible. Ce premier mode d'inertage présente également l'avantage d'augmenter le pouvoir isolant de la barrière thermiquement isolante 3.
A titre d'exemple, le tableau ci-dessous représente les ordres de grandeur des pressions limites d'inflammabilité dans l'air à 25°C de différents gaz combustibles.
Figure imgf000012_0001
Afin d'assurer un tel mode d'inertage, le système d'inertage comporte un dispositif de pompage 7 connecté par une canalisation 8 à la barrière thermiquement isolante 3. Le dispositif de pompage 7 comporte une ou plusieurs pompes à vide apte à permettre de maintenir la barrière thermiquement isolante 3 sous une basse pression, de l'ordre de quelques centaines ou milliers de Pascal. Le dispositif de pompage au vide est par exemple un ensemble étagé ou en série de pompes à palettes et de pompes Roots.
Le système comporte également un capteur de pression 9 permettant de délivrer un signal représentatif de la pression de la phase gazeuse à l'intérieur de la barrière thermiquement isolante 3. Le capteur de pression 9 est connecté à un dispositif de régulation de pression permettant de commander le dispositif de pompage 7 en fonction de la pression de consigne P1. Le dispositif de régulation est capable de mettre en fonctionnement le dispositif de pompage 7 lorsque la pression mesurée par le capteur de pression 9 est supérieure à la pression de consigne P1 et d'arrêter le dispositif de pompage 7 lorsque la pression mesurée est inférieure à la pression de consigne P1. Le dispositif de régulation est avantageusement équipé d'une hystérésis permettant d'améliorer la stabilité de la régulation. Le dispositif de régulation peut au choix être intégré au dispositif de pompage 7 ou être intégré à une unité de pilotage 10 du système d'inertage.
Par ailleurs, le système d'inertage est également adapté pour fonctionner dans un second mode dans lequel l'inertage de la barrière thermiquement isolante 3 est assuré, à pression atmosphérique, par un balayage de gaz inerte. Ce second mode d'inertage correspond à un mode de fonctionnement dégradé qui est notamment adapté lorsqu'il survient une perte d'étanchéité de l'une des barrières étanches 2, 4 bordant la barrière thermiquement isolante 3. En effet, dans un tel cas, la barrière thermiquement isolante 3 n'est plus isolée de la pression ambiante et il devient ainsi impossible de maintenir une pression relative négative inférieure à une pression seuil Ps.
Afin de mettre en œuvre ce second mode d'inertage, le système d'inertage comporte un équipement d'injection de gaz inerte 11 permettant de balayer la barrière thermiquement isolante 3 avec un gaz inerte. L'équipement d'injection 11 comporte un réservoir de gaz inerte sous pression 12 connecté, à une canalisation d'amenée de gaz inerte 14 débouchant à l'intérieur de la barrière thermiquement isolante 3. Le réservoir de gaz inerte sous pression 12 est raccordé à la canalisation 14 par une vanne 16 permettant de réguler le débit et/ou la pression de l'injection de gaz inerte à l'intérieur de la barrière thermiquement isolante 3. La taille du réservoir de gaz inerte sous-pression 12 doit être suffisante pour que, en cas de perte d'étanchéité de l'une et/ou l'autre des barrières étanches 2, 4 bordant la barrière thermiquement isolante secondaire 3, l'équipement d'injection 11 soit apte à assurer une dilution suffisante du gaz combustible et/ou du gaz comburant pour ne pas atteindre les concentrations limites d'explosivité. Le réservoir 12 doit notamment être apte à stocker une quantité de gaz inerte sensiblement équivalente à la quantité de phase gazeuse contenue à pression atmosphérique dans la barrière thermiquement isolante 3.
Le gaz inerte est choisi dans le groupe constitué du diazote, de l'hélium, de l'argon et de leurs mélanges. Dans un mode de réalisation, le gaz inerte utilisé est le diazote.
Selon un mode de réalisation de l'invention non représenté, le système d'inertage comporte un générateur de gaz inerte en complément ou en remplacement du réservoir de gaz inerte sous pression 12. Le générateur de gaz inerte peut notamment être un générateur de diazote permettant d'extraire du diazote de l'air environnant.
Le cas échéant, la canalisation 14 pourra également être équipée d'une pompe 13 complémentaire, optionnelle, pour assurer l'injection de gaz inerte, notamment lorsque l'équipement d'injection est équipé d'un générateur de gaz inerte.
Le système d'inertage comporte également une unité de pilotage 10 connectée au capteur de pression 9, au dispositif de pompage 7 et à l'équipement d'injection de gaz inerte 11. L'unité de pilotage 10 a notamment pour fonction de déclencher automatiquement le second mode d'inertage lorsque le premier mode d'inertage ne peut plus être mis en œuvre dans des conditions de sécurité satisfaisantes, en raison d'une perte d'étanchéité de l'une et/ou l'autre des barrières étanches 2, 4 bordant la barrière thermiquement isolante 3.
Pour ce faire, l'unité de pilotage 10 est apte à recevoir et à traiter le signal représentatif de la pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante 3 généré par le capteur de pression 9. Pendant le premier mode d'inertage, l'unité de pilotage 0 compare la pression P de la phase gazeuse à l'intérieur de la barrière thermiquement isolante 3 à une pression seuil Ps, supérieure à la pression de consigne P1. Dès lors que la pression P de la phase gazeuse dépasse la pression seuil Ps, l'unité de pilotage 10 bascule automatiquement du premier mode d'inertage vers le second mode d'inertage. En d'autres termes, l'unité de pilotage 10 génère un signal de mise en fonctionnement de l'équipement d'injection de gaz inerte 11 et un signal d'arrêt du dispositif de pompage 7. En complément, selon un mode de réalisation, l'unité de pilotage 10 est également apte à générer un signal d'alarme, lors de la détection d'un dépassement de pression seuil Ps.
La pression seuil Ps, et par conséquent la pression de consigne P1 du dispositif de pompage 7, doivent être judicieusement choisies en fonction de la nature du gaz combustible contenu dans la cuve 1 afin d'assurer la sécurité du retour de la phase gazeuse à la pression atmosphérique sous l'effet de l'injection de gaz inerte. La pression seuil Ps doit, en effet, être définie de telle sorte que, lorsqu'une perte d'étanchéité survient, la phase gazeuse dans la barrière thermiquement isolante 3 ne soit pas susceptible de comporter du gaz combustible et/ou du gaz comburant dans des proportions qui seraient susceptibles d'être comprises dans la zone d'explosivité lorsque la phase gazeuse retournera à la pression atmosphérique sous l'effet de l'injection de gaz inerte.
Pour ce faire, l'on prévoit que la pression seuil Ps soit inférieure à la pression partielle du gaz combustible, à la pression atmosphérique, à une concentration correspondant à la limite inférieure d'explosivité dudit gaz combustible dans l'air, à 25°C.
A titre d'exemple, la limité inférieur d'inflammabilité du méthane est de 5% en volume à la pression atmosphérique (101 325 Pa) et à 25°C. La pression partielle de méthane correspondant à une concentration en volume de 5% de méthane à la pression atmosphérique est donc d'environ 5 066 Pa. Autrement dit, si une quantité de méthane correspondant à la limite inférieure d'explosivité du méthane, à la pression atmosphérique, devait constituer à elle seule l'intégralité de la phase gazeuse contenue dans la barrière thermiquement isolante 3, sa pression serait de 5 066 Pa. Par conséquent, tant que, durant la premier mode d'inertage, la pression P de la phase gazeuse dans la barrière thermiquement isolante 3, est inférieure à 5 066 Pa, il n'y pas de risque que la concentration de méthane une fois revenue à la pression atmosphérique de 101 325 Pa atteigne la limite inférieure d'explosivité, en considérant une dilution complète et instantanée du gaz combustible dans l'azote.
De manière avantageuse, la pression seuil Ps est choisie en prenant une marge de sécurité par rapport à la pression mentionnée ci-dessus, notamment afin de prendre en compte les phénomènes de mélange non homogène de la phase gazeuse dans la barrière thermiquement isolante 3 et le temps nécessaire à l'injection d'une quantité de gaz inerte suffisante pour que la phase gazeuse remonte à la pression atmosphérique.
Dès lors, l'on choisit une pression seuil Ps comprise entre 20 et 35%, et de préférence de l'ordre de 30 %, de la pression partielle du gaz combustible, à la pression atmosphérique, à la concentration du gaz combustible correspondant à sa limite inférieure d'explosivité. On choisira donc, dans le cas d'une cuve de stockage de méthane, une pression seuil Ps comprise entre 1013 et 1773 Pa, et de préférence de l'ordre de 1520 Pa.
A titre d'exemple, le tableau ci-dessous reprend les limites inférieures d'inflammabilité de différents gaz combustibles et comporte les valeurs de pression seuil Ps correspondant à 30 % de la pression partielle des gaz combustibles, à la pression atmosphérique, à une concentration correspondant à leur limite inférieure d'explosivité.
Figure imgf000016_0001
Nous notons que, pour quelques gaz combustibles, la pression seuil Ps peut ne pas être définie en fonction de la limite inférieure d'inflammabilité du gaz combustible mais en fonction de la concentration minimum de comburant permettant l'inflammabilité du gaz combustible. C'est notamment le cas lorsque la concentration minimum d'air permettant l'inflammabilité du gaz combustible est inférieure à la concentration de gaz combustible correspondant à sa limite inférieure d'explosivité. En d'autres termes, afin de renforcer davantage la sécurité, il convient de prévoir une pression seuil Ps qui soit également inférieure à la pression partielle de l'air, à la pression atmosphérique, dans un mélange gazeux comprenant une concentration d'air correspondant à une concentration d'oxygène égale à la concentration minimum d'oxygène permettant l'inflammabilité du gaz combustible.
Nous notons par ailleurs, que dans le mode de réalisation représenté, le système d'inertage comporte également un analyseur de gaz 15 pour mesurer une concentration de gaz combustible dans la phase gazeuse. L'analyseur de gaz 15 est ici placé à la sortie du dispositif de pompage 7. L'analyseur de gaz 15 peut notamment comporter un détecteur de gaz combustible choisi dans le groupe constitué des détecteurs à fil catalytique, des détecteurs à infra-rouge, notamment ceux fonctionnant par mesure d'absorbance et/ou de transmittance, et des détecteurs à cellule-électrochimique. L'analyseur de gaz 15 peut être utilisé pendant le premier mode d'inertage afin de détecter des fuites de gaz combustibles, en complément de la comparaison de la pression P de la phase gazeuse à l'intérieur de la barrière thermiquement isolante 3 à une pression seuil Ps. Toutefois, afin de permettre le fonctionnement de l'analyseur de gaz, l'échantillon de phase gazeuse extrait de la barrière thermiquement isolante 3 doit préalablement être dilué avec un gaz inerte avant son analyse. Par ailleurs, l'analyseur de gaz 15 peut également être utilisé pour analyser la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante 3, à intervalles réguliers, lors du second mode d'inertage. Dans ce cas, il est envisageable de prévoir que l'unité de pilotage 10 régule les débits d'injection de gaz inerte dans la barrière thermiquement isolante 3 en fonction des concentrations de gaz combustibles mesurées.
Notons que si, le procédé d'inertage décrit ci-dessus vise plus particulièrement à assurer l'inertage de la barrière thermiquement isolante secondaire 3, l'invention n'est pas limitée à un tel mode de réalisation. En effet, selon d'autres mode de réalisation, le procédé d'inertage peut également être mis en œuvre au niveau de la barrière thermiquement isolante primaire 5 ou être appliqué à une cuve 1 ne comportant qu'une seule barrière thermiquement isolante s'étendant entre une membrane d'étanchéité destinée à être en contact avec le gaz combustible liquéfié et une structure porteuse. Aussi, de manière générale, le procédé d'inertage pourra s'appliquer à toute barrière thermiquement isolante disposée entre deux barrières étanches et isolée de la pression ambiante par lesdites barrières étanches.
En outre, dans un mode de réalisation, un procédé d'inertage tel que décrit ci-dessus est appliqué, de manière indépendante, à la fois au sein de la barrière thermiquement isolante secondaire 3 et au sein de la barrière thermiquement isolante primaire 5.
Dès lors, le système d'inertage comporte en outre :
- un système de pompage permettant de maintenir la pression de phase gazeuse contenue dans la barrière thermiquement isolante primaire 5 autour d'une pression de consigne P1 ' ;
- un équipement d'injection de gaz inerte et permettant de balayer la barrière thermiquement isolante primaire 5 avec un gaz inerte ; et
- un capteur de pression permettant de délivrer un signal représentatif de la pression de la phase gazeuse à l'intérieur de la barrière thermiquement isolante primaire 5. Comme précédemment, l'unité de pilotage 10 compare la pression de la phase gazeuse à l'intérieur de la barrière thermiquement isolante 5 à une pression seuil Ps', supérieure à la pression de consigne P1 ' et bascule automatiquement du premier mode d'inertage vers le second mode d'inertage de la barrière thermiquement isolante primaire 5 lorsque la pression de la phase gazeuse contenue dans la barrière thermiquement isolante primaire 5 dépasse la pression seuil Ps'.
Nous notons que, selon un mode de réalisation, il est possible de prévoir que la pression seuil Ps soit variable.
En effet, tant que la pression dans la barrière thermiquement isolante primaire 3 est maintenue en dessous de la pression seuil Ps', il peut être considéré que les membranes d'étanchéité primaire 6 et secondaire 4 assurent correctement i'étanchéité. Dès lors, une remontée en pression dans la barrière thermiquement isolante secondaire 3 ne peut, dans ces cas, être due qu'à une perte d'étanchéité de la structure porteuse 2 et le gaz pénétrant dans la barrière thermiquement isolante secondaire 3 ne peut être que de l'air. Dès lors, tant que le premier mode d'inertage de la barrière thermiquement isolante primaire 5 est mis en oeuvre, l'on peut assigner à la pression seuil Ps une première valeur définie uniquement en fonction de la concentration minimum de comburant permettant l'inflammabilité du gaz combustible. Toutefois, dès que l'unité de pilotage 10 détecte une pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante primaire 5 dépassant la pression seuil Ps', il convient alors d'assigner à la pression seuil Ps une seconde valeur qui doit être également définie en fonction de la limite inférieure d'inflammabilité du gaz combustible comme nous l'avons vu ci-dessus.
De la même manière, il peut également être prévu que la pression seuil Ps' dont le dépassement est susceptible de déclencher le seconde mode d'inertage de la barrière thermiquement isolante primaire 5 soit variable en fonction du mode d'inertage mis en oeuvre dans la barrière thermiquement isolante secondaire 3.
En référence à la figure 3, une vue écorchée d'un navire méthanier 70 montre une cuve étanche et isolée 71 de forme générale prismatique montée dans la double coque 72 du navire. De manière connue en soi, des canalisations de chargement/déchargement 73 disposées sur le pont supérieur du navire peuvent être raccordées, au moyen de connecteurs appropriées, à un terminal maritime ou portuaire pour transférer une cargaison de GNL depuis ou vers la cuve 71.
La figure 3 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 œuvre des pompes embarquées dans le navire 70 et/ou des pompes équipant l'installation à terre 77 et/ou des pompes équipant le poste de chargement et de déchargement 75.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
L'usage du verbe « comporter », « comprendre » ou « inclure » et de ses formes conjuguées n'exclut pas la présence d'autres éléments ou d'autres étapes que ceux énoncés dans une revendication. 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. Procédé d'inertage d'une paroi d'une cuve (1 ) étanche et thermiquement isolante destinée à contenir un gaz combustible liquéfié, dans lequel la paroi présente une structure multicouche comportant deux barrières étanches (2, 4) et une barrière thermiquement isolante (3) disposée entre les deux barrières étanches (2, 4), ladite barrière thermiquement isolante (3) comportant des matières solides isolantes et une phase gazeuse, ledit procédé prévoyant :
- de mettre en œuvre un premier mode d'inertage dans lequel un dispositif de régulation met en fonctionnement un dispositif de pompage pour placer la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante (3) sous une pression relative négative de consigne P1 inférieure à une pression seuil Ps, ladite pression seuil Ps étant inférieure à une pression limite d'inflammabilité Pi du gaz combustible ;
- de détecter, pendant le premier mode d'inertage, que la pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante (3) dépasse ladite pression seuil Ps ; - de basculer du premier mode d'inertage vers un second mode d'inertage en réponse à la détection d'une pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante (3) dépassant la pression seuil Ps, le second mode d'inertage prévoyant de balayer la barrière thermiquement isolante (3) avec un gaz inerte.
2. Procédé d'inertage d'une paroi selon la revendication 1 , dans lequel la pression seuil Ps est inférieure à la pression partielle dudit gaz combustible, à la pression atmosphérique, dans un mélange gazeux comprenant une concentration du gaz combustible correspondant à la limite inférieure d'explosivité dudit gaz combustible dans l'air, à 25°C.
3. Procédé d'inertage d'une paroi selon la revendication 2, dans lequel la pression seuil Ps est comprise entre 20 et 35 % de la pression partielle dudit gaz combustible, à la pression atmosphérique, dans un mélange gazeux comprenant une concentration du gaz combustible correspondant à la limite inférieure d'explosivité dudit gaz combustible dans l'air, à 25°C.
4. Procédé d'inertage d'une paroi selon la revendication 2, dans lequel la pression seuil Ps est de 30 % de la pression partielle dudit gaz combustible, à la pression atmosphérique, dans un mélange gazeux comprenant une concentration du gaz combustible correspondant à la limite inférieure d'explosivité dudit gaz combustible dans l'air, à 25°C.
5. Procédé d'inertage d'une paroi selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la pression seuil Ps est inférieure à la pression partielle de l'air, à la pression atmosphérique, dans un mélange gazeux comprenant une concentration d'air correspondant à une concentration d'oxygène égale à une concentration minimum d'oxygène permettant l'inflammabilité du gaz combustible.
6. Procédé d'inertage d'une paroi selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, dans le second mode d'inertage, la barrière thermiquement isolante (3) est balayée avec un gaz inerte, à pression atmosphérique.
7. Procédé d'inertage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le gaz combustible est choisi dans le groupe constitué du méthane, de i'éthane, du n-butane, du propane, de l'éthylène et de leurs mélanges.
8. Procédé d'inertage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le gaz inerte est choisi dans le groupe constitué du diazote, de l'hélium, de l'argon et de leurs mélanges.
9. Procédé d'inertage d'une paroi selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'une des barrières étanches est constituée d'une structure porteuse (2), l'autre barrière étanche est constituée d'une membrane métallique secondaire (4), et la barrière thermiquement isolante est une barrière thermiquement isolante secondaire (3), la structure multicouche comportant en outre une membrane métallique primaire (6) destinée à être en contact avec le gaz combustible stocké à l'intérieur de la cuve (1 ) et une barrière thermiquement isolante primaire (5) disposée entre la membrane métallique primaire (4) et la membrane métallique secondaire (6), ladite barrière thermiquement isolante (5) primaire comportant des matières solides isolantes et une phase gazeuse, le procédé prévoyant en outre :
- de mettre en œuvre un premier mode d'inertage de la barrière thermiquement isolante primaire (5) dans lequel un dispositif de régulation met en fonctionnement un dispositif de pompage pour placer la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante primaire (5) sous une pression relative négative de consigne P1 ' inférieure à une pression seuil Ps', ladite pression seuil Ps' étant inférieure à la pression limite d'inflammabilité Pi du gaz combustible ; - de détecter, pendant le premier mode d'inertage de la barrière thermiquement isolante primaire(5), que la pression de la phase gazeuse dans ladite barrière thermiquement isolante primaire (5) dépasse ladite pression seuil Ps' ;
- de basculer du premier mode d'inertage vers un second mode d'inertage de la barrière thermiquement isolante primaire (5) en réponse à la détection d'une pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante primaire (5) dépassant la pression seuil Ps', le second mode d'inertage prévoyant de balayer la barrière thermiquement isolante primaire (5) avec un gaz inerte.
10. Procédé d'inertage selon la revendication 9, dans lequel la pression seuil Ps est variable et dans lequel l'on assigne à la pression seuil Ps une première valeur tant que le premier mode d'inertage de la barrière thermiquement isolante (5) primaire est mis en oeuvre et l'on assigne à la pression seuil Ps une seconde valeur en réponse à la détection d'une pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante (5) primaire dépassant la pression seuil Ps'.
11. Système d'inertage d'une paroi d'une cuve (1 ) étanche et thermiquement isolante destinée à contenir un gaz combustible liquéfié, dans lequel la paroi présente une structure multicouche comportant deux barrières étanches (2, 4) et une barrière thermiquement isolante (3) disposée entre les deux barrières étanches (2, 4), ladite barrière thermiquement isolante (3) comportant des matières solides isolantes et une phase gazeuse, le système d'inertage comprenant :
- un dispositif de pompage (7) agencé pour placer la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante (3) sous une pression relative négative P1 inférieure à une pression seuil Ps, ladite pression seuil Ps étant inférieure à une pression limite d'inflammabilité Pi du gaz combustible ;
- un capteur de pression (9) apte à fournir un signal représentatif de la pression de la phase gazeuse à l'intérieur de la barrière thermiquement isolante (3);
- un équipement d'injection de gaz inerte (11 ) raccordé, d'une part à un réservoir de stockage de gaz inerte (12) et/ou à un générateur de gaz inerte, et, d'autre part, à une canalisation d'amenée de gaz inerte (14) à l'intérieur de la barrière thermiquement isolante (3) ; et
- une unité de pilotage (10) apte à :
o détecter que la pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante (3) dépasse ladite pression seuil Ps ; et à o générer un signal de mise en fonctionnement de l'équipement d'injection de gaz inerte (11 ) en réponse à la détection d'une pression de la phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante (3) dépassant la pression seuil Ps.
12. Système d'inertage selon la revendication 11 , dans lequel l'équipement d'injection de gaz inerte (11 ) est raccordé à un générateur de diazote.
13. Système d'inertage selon la revendication 11 ou 12, comportant un analyseur de gaz (15) pour mesurer une concentration de gaz combustible dans la phase gazeuse.
14. Cuve (1 ) étanche et thermiquement isolante destinée à contenir un gaz combustible liquéfié comportant une paroi présentant une structure multicouche comportant deux barrières étanches (2, 4) et une barrière thermiquement isolante (3) disposée entre les deux barrières étanches (2, 4), ladite barrière thermiquement isolante (3) comportant des matières solides isolantes et une phase gazeuse, et un système d'inertage de la paroi selon l'une quelconque des revendications 11 à 13.
15. Cuve (1 ) étanche et thermiquement isolante selon la revendication 14, dans laquelle l'une des barrières étanches est constituée d'une structure porteuse (2) et, l'autre barrière étanche est constituée d'une membrane métallique secondaire (4), la structure multicouche comportant en outre une membrane métallique primaire (6) destinée à être en contact avec le gaz combustible stocké à l'intérieur de la cuve (1 ) et une barrière thermiquement isolante (5) disposée entre la membrane métallique primaire (4) et la membrane métallique secondaire (6).
16. Navire comportant une cuve (1) de stockage de gaz liquéfié selon la revendication 14 ou 15.
17. Procédé de chargement ou déchargement d'un navire (70) selon la revendication 16, dans lequel on achemine un fluide 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).
18. Système de transfert pour un fluide, le système comportant un navire (70) selon la revendication 16, 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 fluide 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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