Perfectionnement aux réservoirs à toit flottant pour liquides, notamment aux réservoirs de stockage utilisés dans le domaine électro-nucléaire

Abstract

 L'invention concerne les réservoirs à toit flottant pour liquides, du type comportent une paroi cylindrique (2), un toit flottant (3) et une membrane souple (4) reliant le pourtour du toit flottant à la paroi.
Conformément à l'invention, le réservoir comporte, pour une protection contre une surpression et/ou dépression, lorsque le toit (3) est en position basse, ou coincé en position intermédiaire, une tubulure casse-vide (34) mettant en communication l'intérieur du caisson formant le toit avec le liquide du réservoir, cette tubulure (34) étant dimensionnée de façon que son tarage naturel corresponde à une pression prédéterminée.
Application notamment au domaine électro-nucléaire, pour des réservoirs de stockage assurant l'appoint en eau dégazée pour un circuit primaire de réacteur nucléaire.

Description

[0001] L'invention concerne les réservoirs à toit flottant pour liquides.

[0002] De tels réservoirs sont utilisés notamment comme réservoirs de stockage dans le domaine électro-nucléaire pour des liquides tels que des eaux déminéralisées dégazées.

[0003] Dans ce domaine, une grande fiabilité est exigée pour la conception des réservoirs, afin d'éliminer tout risque d'arrêt de fonctionnement, ou pire encore de détérioration des éléments constitutifs essentiels ; il est également indispensable d'avoir un fonctionnement sùr, sans risque de fausse manoeuvre. De plus, lorsque de tels réservoirs à toit flottant sont utilisés pour l'appoint d'eau au circuit primaire d'un réacteur nucléaire, il est nécessaire d'avoir un stockage à l'abri de l'air qui assure une qualité très stricte pour le liquide stocké, l'eau dégazée devant, dans cette application particulière, avoir une teneur en oxygène n'excédant pas 100 µg/l pour écarter tout risque d'oxydation.

[0004] Traditionnellement, de tels réservoirs à toit flottant comportent une paroi cylindrique et un toit flottant relié de façon étanche à ladite paroi qui l'entoure par une membrane souple : un exemple typique est illustré dans le brevet français n° 2526405. Pour préserver cette membrane souple reliant le pourtour du toit et la paroi latérale du réservoir, en évitant en particulier la formation de plis et/ou une application incontrôlable contre la paroi du réservoir sous l'effet de la pression du liquide contenu dans le réservoir, il est d'ordinaire prévu que l'espace défini par la membrane et la paroi du réservoir, espace communiquant avec l'extérieur, reçoive un liquide de contre-pression faisant essentiellement office de lubrifiant pour la membrane lors des mouvements du toit flottant, et permettant accessoirement, au moins dans certaines positions, un centrage dudit toit par rapport à la paroi cylindrique du réservoir.

[0005] L'un des problèmes que pose la conception de tels réservoirs à toit flottant réside dans le contrôle du volume réel de liquide

[0006] L'un des problèmes que pose la conception de tels réservoirs à toit flottant réside dans leur protection contre une surpression ou dépression due à un coincement du toit lors d'un remplissage ou d'une vidange du liquide qu'ils contiennent, ou bien à une dépression en fin de vidange lorsque le toit est en position basse sur ses butées. En effet, lors des manœuvres du toit flottant, les spécialistes craignent toujours que se produise un coincement du toit en position intermédiaire pouvant détériorer le réservoir par mise en pression, et surtout en dépression ; de plus en position basse extrême, c'est-à-dire en général lorsque le toit repose sur des butées basses prévues en fond de réservoir, le caisson du toit exerce, comme au cours d'un coincement, un effet de dépression gênant la phase finale de la vidange du réservoir.

[0007] Selon une technique connue, il est prévu une petite soupape mécanique embarquée sur le toit, parfois dénommée soupape de respiration, et réglée sur un tarage relativement faible dans les deux sens (30 mbar environ par exemple) ; cette soupape, faisant fonction de casse-vide, doit assurer uniquement la protection du réservoir avec un toit en position de butée basse.

[0008] Cette technique ne donne pas satisfaction, car la soupape mécanique de respiration, étant montée sur le fond du caisson formant le toit flottant, est difficilement accessible en cas de mauvais fonctionnement ; l'accessibilité est aussi inportante si l'on veut changer le tarage de la soupape, en dépression et/ou en surpression, ou procéder à son entretien : il faut alors en pratique attendre que le toit flottant soit en position haute ou repose sur ses butées basses pour avoir accès à cette soupape ce qui est un désavantage certain, voire inconcevable pour une utilisation rationnelle du réservoir.

[0009] Selon une autre technique connue, ainsi qu'illustré par exemple dans US-A-2297985, il a été proposé d'utiliser une tubulure de dépression mettant en communication le dessous du caisson du toit avec l'extérieur, cette mise à l'atmosphère étant conditionnée par la pression régnant à l'intérieur dudit caisson. Un tel dispositif présente l'inconvénient d'un accès malaisé à la tubulure, et surtout de ne pas pouvoir préserver le liquide stocké dans le réservoir d'un contact avec l'air ambiant.

[0010] Un autre type de dispositif connu, illustré dans US-A-1904339, comporte une tubulure de dépression montée au centre d'une membrane centrale flexible fermant supérieurement l'espace intérieur d'un flotteur en couronne. Un tel dispositif est essentiellement adapté à une structure particulière de toit flottant, et en plus ne peut préserver le liquide stocké d'un contact avec l'air ambiant.

[0011] L'invention vise à éviter les inconvénients des techniques antérieures précédemment citées.

[0012] Un but de l'invention est de fournir un réservoir à toit flottant dont la structure permette une protection efficace du réservoir en cas de coincement du toit, contre une dépression en fin de vidange du liquide qu'il contient lorsque le toit est en position de butée basse.

[0013] Un autre but de l'invention est de simplifier radicalement la conception des moyens faisant fonction de casse-vide, de façon à éviter au maximum de devoir y accéder en cours d'utilisation du réservoir.

[0014] Un autre but de l'invention est d'avoir la possibilité de régler aisément le tarage de ces moyens, et de préférence tant en surpression qu'en dépression.

[0015] Un autre but de l'invention est d'avoir une structure simple et de coût de fabrication raisonnable pour le réservoir.

[0016] Un dernier but de l'invention est de préserver au maximum le liquide stocké dans le réservoir d'un contact avec l'air ambiant, ceci en particulier pour une application dans le domaine électro-nucléaire.

[0017] Un réservoir à toit flottant pour liquides conforme à l'invention est essentiellement caractérisé par le fait que les moyens embarqués sur le toit et permettant de protéger le réservoir contre une surpression et/ou dépression lorsque ledit toit est en position basse, ou coincé en position intermédiaire, sont constitués par une tubulure casse-vide montée sur la face inférieure du caisson formant le toit de façon à mettre en communication l'intérieur dudit caisson avec le liquide du réservoir, ladite tubulure étant dimensionnée de façon que son tarage naturel corresponde à une pression prédéterminée.

[0018] De préférence, la tubulure casse-vide a la forme d'une crosse dont la branche verticale traverse la face inférieure du caisson, et la portion de la branche verticale extérieure au caisson du toit présente une longueur inférieure à la hauteur des butées basses prévues à l'intérieur du réservoir et sur lesquelles vient s'appuyer le toit en position basse.

[0019] La branche verticale de la crosse comporte avantageusement une portion inférieure et une portion supérieure dans le prolongement l'une de l'autre, lesdites portions étant délimitées par le niveau qu'occupe le liquide dans le réservoir, la portion inférieure présentant une longueur correspondant à une dépression maximale prédéterminée ; la portion supérieure de la branche verticale et la portion courbée de la crosse définissent une hauteur de liquide correspondant à une surpression maximale prédéterminée lors du remplissage du réservoir, de sorte que la tubulure casse-vide présente un tarage naturel aussi bien en surpression qu'en dépression.

[0020] La tubulure casse-vide présente avantageusement un alésage correspondant à la fois à un débit maximal d'air pour la phase de vidange, et à un débit maximal de liquide pour la phase de remplissage.

[0021] D'autres caractéristiques et avantages apparat- tront plus clairement à la lumière de la description et des figures du dessin annexé, illustrant des modes de réalisation particuliers de l'invention, en référence aux figures où :

- la figure 1 est une coupe verticale d'un réservoir à toit flottant conforme à l'invention

- la figure 2 est une coupe partielle du réservoir dont le toit est en position haute

- la figure 3 est une coupe partielle illustrant le détail des organes de vidange du liquide de contre-pression ; et

- la figure 4 est une coupe selon IV-IV de la figure 3.

[0022] Sur la figure 1, un réservoir à toit flottant pour liquides 1 comporte une paroi généralement cylindrique 2, un toit flottant 3 réalisé en caisson ouvert sur le dessus, et une membrane souple 4 reliant de façon étanche le pourtour du toit flottant à la paroi latérale du réservoir. Il est à noter que la membrane 4 est ici accrochée en 5 à mi-hauteur du réservoir, mais l'invention s'appliquerait aussi au cas d'une membrane accrochée sur la partie haute du réservoir. Conformément à la technique habituelle, l'espace 6, ouvert à l'extérieur, défini par la membrane 4 et la paroi 2 du réservoir est propre à recevoir un liquide de contre-pression servant essentiellement de lubrifiant pour la membrane souple 4, en évitant en particulier la formation de plis lors des différents mouvements du toit flottant 3, et permettant accessoirement, au moins dans certaines positions, un centrage dudit toit par rapport à la paroi du réservoir.

[0023] La figure 1 illustre schématiquement un certain nombre d'équipements qui sont habituellement prévus sur les réservoirs à toit flottant pour liquides : ces équipements seront rappelés succinctement, étant donné que l'homme de l'art est bien accoutumé à la présence de ces équipements.

[0024] Il est ainsi prévu, pour le toit flottant 3, six roues de guidage 7 à ressort 8, montées selon une répartition régulière à la périphérie supérieure du toit et destinées à s'appliquer contre la paroi 2 du réservoir dans toutes les positions du toit ; une mesure avantageuse consiste à prévoir un dimensionnement du toit flottant avec ses roues de guidage qui reste toujours inférieur au diamètre du réservoir, de façon à rendre possible, bien que cela ne soit pas souhaitable, un retournement complet du toit sans coincement par la paroi du réservoir. Le toit flottant 3 est également équipé d'un inclinomètre analogique 9 sur lequel est branché un câble 10, équipé d'un mou et muni d'un contre-poids, pour renvoi de la lecture et des alarmes en salle de commande, ce qui permet de suivre l'inclinaison du toit en cas d'accrochage en position intermédiaire, de fonctionnement en partie basse ou de vidange du réservoir. Le toit flottant 3 est également équipé, au voisinage de la jonction membrane-toit, d'évents périphériques 11 reliés par un collecteur d'éventage 12 muni d'une vanne 13, et éventuellement d'une purge d'air 14 au centre du toit au cas où celui-ci ne présenterait pas une conicité suffisante pour collecter l'air en périphérie.

[0025] Quant au réservoir proprement dit, il est équipé d'un éventage manuel en dessous du niveau des points d'accrochage 5 de la membrane, avec plusieurs évents répartis également sur la périphérie et raccordés par un collecteur 15 avec une tuyauterie de sortie vers une vanne 16 ; il est prévu aussi à un niveau bas des conduites d'entrée 17, de sortie 18, et de vidange 19 pour liquide du réservoir. Une passerelle circulaire 20 en haut du réservoir facilite la visite du toit et de la membrane.

[0026] Le mouvement du toit flottant est limité par des butées basses 21 et hautes 22, et des équipements d'indications et d'alarmes (non représentés) sont prévus pour vérification des niveaux extrêmes haut et bas dans la salle de commande.

[0027] Le réservoir est équipé de moyens permettant d'effectuer la vidange du volume de liquide de contre-pression lorsque le toit est en position haute. Ainsi que cela a été illustré aux figures 1 et 2, ces moyens comportent un orifice de prise de vidange 23 traversant la paroi 2 en partie haute du réservoir et connecté à une canalisation de vidange classique 24 munie d'une vanne 25 et extérieure à ladite paroi. Pour protéger le réservoir contre un excès de remplissage, il peut être prévu une canalisation extérieure de trop-plein 26 en forme de crosse, munie en partie supérieure d'un conduit casse-siphon 27.

[0028] Ce dispositif permet une vidange complète du volume de liquide de contre-pression par l'effet naturel de la pression du liquide du réservoir qui tend à pousser radialement la membrane souple 4, et donc à expulser ce liquide jusqu'à ce que toute la partie de la membrane qui est plus basse que l'orifice de vidange soit appliquée contre la paroi intérieure du réservoir. Il suffit alors d'actionner des moyens de remplissage en liquide de contre-pression, moyens disposés de préférence en partie haute du réservoir à un niveau voisin de celui des moyens de vidange, et constitués par exemple (figure 1) par une conduite 30, une vanne 31 et un compteur volumétrique 32 permettant l'admission d'un volume prédéterminé.

[0029] Les figures 3 et 4 illustrent un moyen permettant d'éviter l'obturation de l'orifice de prise de vidange par la membrane souple lors de la vidange du liquide de contre-pression ; ce moyen est par exemple réalisé sous forme d'un élément plat 33 fixé sur la paroi latérale 2 et dont la position en saillie évite l'obturation de l'orifice de prise de vidange 23 tout en laissant passer le liquide latéralement.

[0030] Après avoir examiné le fonctionnement du réservoir lorsque le toit est en position haute, il faux examiner la situation en partie basse, ou en partie intermédiaire en cas de coincement, car c'est dans ces positions qu'intervient le dispositif de l'invention.

[0031] Il est en effet très important d'assurer aussi la protection du réservoir lorsque le toit est en position basse, ou coincé en position intermédiaire, et en particulier faciliter la vidange complète du liquide du réservoir. Le problème peut aussi d'ailleurs se poser à la surpression lors d'un coincement du toit au cours du remplissage du réservoir vide.

[0032] Conformément à l'invention, il est prévu une tubulure casse-vide (34) montée sur la face inférieure du caisson formant le toit flottant, de façon à mettre en communication l'intérieur dudit caisson avec le liquide du réservoir. Cette tubulure (34) est dimensionnée de façon que son tarage naturel corresponde à une pression et/ou dépression prédéterminée, ainsi que cela va être expliqué ci-après.

[0033] La tubulure casse-vide (34) a la forme d'une crosse dont la branche verticale traverse la face inférieure du caisson. Pour éviter tout risque d'endommagement de la crosse lorsque le toit flottant 3 vient en appui sur les butées basses 21, la portion de cette branche verticale dépassant du caisson doit avoir une longueur inférieure à la hauteur desdites butées basses.

[0034] La ligne de flottaison 28 divise la crosse 34 en une portion inférieure et une portion supérieure de part et d'autre de ladite ligne. La partie inférieure renferme donc un bouchon de liquide qui est la partie active du dispositif de protection du réservoir, permettant une vidange complète lorsque le toit est en position basse. En outre, ce bouchon de liquide assure une protection efficace contre le regazage du liquide contenu dans le réservoir. Pour le tarage naturel, il suffit de dimensionner la portion inférieure de façon à avoir directement la pression de fonctionnement désirée : par exemple, une portion inférieure de 30 cm correspondra à une dépression maximale de 30 mbar.

[0035] Ce dispositif est donc très simple, et il fonctionne automatiquement, ce qui représente un progrès sensible par rapport aux soupapes dites de respiration des techniques antérieures ; il n'est donc de ce fait plus nécessaire de prévoir une accessibilité en cours de fonctionnement du réservoir pour l'entretien ou le réglage de ladite soupape.

[0036] En outre, ce dispositif peut aussi fonctionner en surpression lorsque l'on n'est plus en situation de vidange du réservoir, mais en situation de remplissage du réservoir vide. En effet, au début du remplissage du réservoir, l'air emprisonné initialement entre le toit etle fond du réservoir peut s'évacuer par la tubulure casse-vide (34) et les purges d'air. Si une surpression intervient alors, le bouchon de liquide précédent montera dans la tubulure : il suffit alors de dimensionner aussi la position supérieure (au-dessus de la ligne de flottaison 28) pour que le tarage naturel corresponde à une surpression maximale prédéterminée au remplissage : comme précédemment., une portion supérieure définissant une hauteur maximale de liquide de 30 cm correspondra à une surpression maximale de 30 mbar.

[0037] La tubulure casse-vide (34) peut donc alors avantageusement fonctionner, et ce de façon tout à fait naturelle, tant en dépression qu'en surpression. Dans ce cas, l'alésage de ladite tubulure doit correspondre à la fois à un débit maximal d'air pour une dépression, en phase de vidange du réservoir, et à un débit maximal de liquide pour une surpression en phase de remplissage dudit réservoir.

[0038] Pour une application au domaine électro-nucléaire, on utilisera avantageusement de l'eau déminéralisée comme liquide de contre-pression ; la conception du réservoir à toit flottant de l'invention permet aussi d'éviter de mettre en contact avec l'air le liquide du réservoir, ce qui évite de devoir procéder à un redégazage de ce liquide (les communications à l'air libre par le casse-siphon de la tuyauterie de trop-plein et la tubulure casse-vide n'introduisent en fait qu'une perturbation négligeable, car le casse-siphon, qui est très éloigné de sa communication avec le réservoir en partie basse, et la tubulure casse-vide renferment un bouchon inférieur de liquide qui forme un écran efficace).

[0039] Il va de soi que l'invention n'est pas limitée à la réalisation particulière qui a été décrite à titre d'exemple, mais englobe au contraire toutes les variantes reprenant, avec des moyens équivalents, des caractéristiques figurant aux revendications.

Revendications

1. Réservoir à toit flottant pour liquides, comportant une paroi cylindrique (2), un toit flottant (3) relié de façon étanche à ladite paroi qui l'entoure par une membrane souple (4), cette membrane définissant avec la paroi du réservoir un espace (6) propre à recevoir un liquide de contre-pression, et des moyens embarqués sur le toit permettant de protéger le réservoir contre une surpression et/ou dépression lorsque ledit toit est en position basse, ou coincé en position intermédiaire, caractérisé par le fait que les moyens de protection sont constitués par une tubulure casse-vide (34) montée sur la face inférieure du caisson formant le toit (3) de façon à mettre en communication l'intérieur dudit caisson avec le liquide du réservoir, ladite tubulure (34) étant dimensionnée de façon que son tarage naturel corresponde à une pression prédéterminée.

2. Réservoir à toit flottant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la tubulure casse-vide (34) a la forme d'une crosse dont la branche verticale traverse la face inférieure du caisson.

3. Réservoir à toit flottant selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la portion de la branche verticale extérieure au caisson du toit présente une longueur inférieure à la hauteur des butées basses (21) prévues à l'intérieur du réservoir et sur lesquelles vient s'appuyer le toit (3) en position basse.

4. Réservoir à toit flottant selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que la branche verticale comporte une portion inférieure et une portion supérieure dans le prolongement l'une de l'autre, lesdites portions étant délimitées par le niveau (28) qu'occupe le liquide dans le réservoir, la portion inférieure présentant une longueur correspondant à une dépression maximale prédéterminée.

5. Réservoir à toit flottant selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la portion supérieure de la branche verticale et la portion courbée de la crosse définissent une hauteur de liquide correspondant à une surpression maximale prédéterminée lors du remplissage du réservoir, de sorte que la tubulure casse-vide (34) présente un tarage naturel aussi bien en surpression qu'en dépression.

6. Réservoir à toit flottant selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la tubulure casse-vide (34) présente un alésage correspondant à la fois à un débit maximal d'air pour la phase de vidange, et à un débit maximal de liquide pour la phase de remplissage.

Dessins