L'invention concerne un dispositif de prévention du débordement en dehors d'une installation à l'air libre de stockage de ce liquide, et en particulier d'une installation de stockage de combustibles, une installation, une utilisation et un procédé. Une installation de stockage de liquide comporte classiquement un ou plusieurs bacs ou réservoir(s), par exemple des bacs de stockage de produit combustible, et un moyen de rétention de ce liquide autour du ou des réservoir(s), par exemple un mur ou un merlon formant une cuvette de rétention.
Un tel moyen formant barrière est conçu avec des dimensions permettant de contenir la totalité du volume de liquide contenu dans le bac. Ainsi, si le liquide s'écoule suffisamment lentement du bac de stockage, le liquide reste confiné dans l'installation.
Toutefois, en cas de rupture brutale, suite à une fissuration du bac par exemple, il existe un risque pour que le liquide se déverse en partie en dehors de l'installation. En effet, si la cuve présente une brèche telle que le liquide s'écoule avec une certaine énergie cinétique, une partie du liquide peut déborder au-delà du moyen de rétention, ce qui entraine une pollution de l'environnement.
Une telle rupture brutale peut en particulier être causée par la corrosion du bac, laquelle peut être conséquente lorsque le liquide est du pétrole brut, et/ou par les variations des contraintes mécaniques s'appliquant au pourtour du bac en contact avec le fond selon le niveau de remplissage du bac. Les documents
Il a été envisagé de disposer entre le bac et le mur un obstacle occultant, du type deuxième mur, mais en cas de rupture du bac, le liquide se déversant contre ce deuxième mur risque de former une vague du fait de l'impact contre ce mur, du fait de la pression dynamique s'exerçant sur le mur. La quantité de liquide parvenant à franchir le moyen de rétention risque d'être relativement élevée.
Il a également été envisagé de rajouter un confinement extérieur à la cuvette de rétention, mais ce rajout peut être délicat à effectuer sur des installations existantes. En outre, en cas de feu de nappe, dans le cas d'hydrocarbures, l'incendie risque d'être délicat à maîtriser.
Enfin, il a été envisagé, dans le cas de bacs de stockage de pétrole, de rendre plus fréquentes les opérations d'ouverture des bacs pour retirer les sédiments, afin de mieux maitriser la corrosion des bacs et limiter le risque de rupture brutale. Ceci implique néanmoins une maintenance accrue. L'invention est résolue avec un dispositif selon la revendication 1. Il est proposé un dispositif de prévention du débordement de liquide en dehors d'une installation à l'air libre comprenant un bac de stockage de ce liquide et un moyen de rétention de liquide disposé autour de ce bac, comprenant un élément de plaque, destiné à être disposé entre le bac et le moyen de rétention, cet élément de plaque définissant une surface d'impact du liquide se déversant contre cette plaque en cas de rupture du bac et des ouvertures réparties sur cette surface et au travers de cet élément de plaque pour diminuer l'énergie cinétique de ce liquide.
Ainsi plutôt qu'un obstacle occultant risquant d'amener le liquide à former une vague, on installe un élément de plaque par exemple percé d'orifices. Au moins une partie du liquide se déversant contre cette plaque passe au travers des orifices de la plaque. Les vecteurs vitesses des volumes élémentaires du liquide peuvent alors avoir des directions diverses, ce qui peut entrainer une rapide diminution de l'énergie cinétique de l'ensemble du liquide après l'impact. Ainsi, le liquide subit une perte de charge suite à l'impact contre la plaque perforée, de sorte que si le moyen de rétention est ensuite atteint, le risque débordement est plus faible que dans l'art antérieur.
Avantageusement et de façon non limitative, la porosité associée aux ouvertures de l'élément de plaque peut varier entre 10% et 40%, bornes incluses.
Avantageusement et de façon non limitative, les ouvertures peuvent avoir une section de passage variant entre 0,001 et 0,01 m2, avantageusement entre 0,002 et 0,006 m2, bornes incluses.
Avantageusement et de façon non limitative, le nombre d'ouvertures par m2 de surface d'impact peut varier entre 10 et 200, avantageusement entre 20 et 150, bornes incluses.
L'élément de plaque, dit aussi plaque par abus de langage dans la présente demande, peut définir une surface d'impact plane, ou non. Par exemple, on pourra prévoir un élément de plaque définissant une surface d'impact relativement courbe, par exemple avec un rayon de courbure proche de celui qu'aurait un cercle sur lequel sont disposés plusieurs éléments de plaque entourant le bac.
Dans la présente description, on parlera de plan de l'élément de plaque pour désigner soit le plan d'une surface d'impact plane, soit un plan tangent ou un plan moyen de cette surface d'impact.
Les ouvertures peuvent avoir une répartition homogène, ou non. Selon l'invention, il s'agit d'orifices avec un contour fermé, par exemple des orifices circulaires, oblongs, carrés, ou autre, définis dans la plaque, ou d'ouvertures rectilignes, l'élément de plaque comprenant un ensemble de lames inclinées, à la façon d'un store, de façon à former une ouverture entre chaque doublet de deux lames adjacentes. Avantageusement, les bords longitudinaux des lames peuvent être horizontaux, et l'inclinaison des lames telle que les ouvertures définissent des passages amenant le liquide vers le sol.
Les orifices peuvent former un conduit dans l'épaisseur de la plaque, et/ou au-delà de la plaque. On pourra par exemple prévoir de souder des tubes débouchant à une surface de la plaque opposée à la surface d'impact, aux emplacements correspondant aux orifices de la plaque.
Avantageusement, on choisira toutefois des formes plus simples, du type tôle perforée ou tôle déployée par exemple.
Avantageusement et de façon non limitative, le dispositif peut comporter en outre un moyen de support de l'élément de plaque, pour maintenir l'élément de plaque dressé par rapport au sol.
Par « plan du sol », on entend le plan tangent au sol à l'endroit où est dressée la plaque.
L'invention n'est pas limitée par la forme du moyen de support : il peut par exemple s'agir d'un cadre destiné à être posé sur le sol, et définissant une rainure dans laquelle un rebord de la plaque peut être inséré, ou autre.
Les dimensions de l'élément de plaque et de la surface d'impact sont choisies pour permettre une réduction significative de l'énergie cinétique du fluide se déversant sur cet élément de plaque en cas de rupture du bac.
Avantageusement et de façon non limitative, l'élément de plaque et/ou la surface d'impact peut avoir une hauteur supérieure ou égale à 50 centimètres, avantageusement supérieure ou égale à 1 mètre, avantageusement comprise entre 1 et 4 mètres, ces bornes étant incluses.
Avantageusement et de façon non limitative, l'élément de plaque et/ou la surface d'impact peut avoir une largeur supérieure ou égale à 50 centimètres, avantageusement supérieure ou égale à 1 mètre, avantageusement comprise entre 1 et 6 mètres, ces bornes étant incluses.
Les dimensions de la surface d'impact peuvent être choisies en fonction des dimensions des éventuelles brèches dont on souhaite maitriser les effets.
Par exemple, on peut concevoir des éléments de plaques capables chacun de capter et donc de diminuer l'énergie associée à une brèche de dimensions 2 mètres x 2 mètres sur la première virole d'un réservoir. Chaque élément de plaque pourra ainsi avoir une hauteur supérieure ou égale à 2 mètres et une largeur supérieure ou égale à 2 mètres, étant entendu que cet élément de plaque est destiné à être positionné avec son vecteur normal sensiblement dans la direction du flux éventuel. Lorsque l'on souhaite limiter la pollution causée par une brèche plus importante, par exemple de 3 mètres de hauteur et de 90 mètres de largeur (soit une brèche angulaire de 120° environ d'une virole de réservoir de diamètre de 86 mètres), on pourra choisir de placer plusieurs éléments de plaque de façon contigüe autour du bac.
Avantageusement et de façon non limitative, le dispositif peut être agencé de sorte que au moins une (et avantageusement toutes les) ouverture(s) définisse(nt) un passage pour la circulation de liquide suivant une direction formant un angle avec l'horizontale, avantageusement un angle supérieur à 10°, par exemple proche de 15°. Le liquide passant au travers de la plaque peut ainsi être redirigé vers le sol, ce qui peut permettre de limiter encore la formation d'une vague.
Avantageusement et de façon non limitative, le moyen de support peut être agencé de sorte que la plaque dressée soit inclinée par rapport à la verticale (ici la direction normale au plan du sol), avantageusement d'un angle supérieur à 10°, par exemple proche de 15°. Ainsi, on pourra disposer la plaque de sorte que la plaque forme avec le sol un angle aigu pour le liquide se déversant depuis le bac de stockage, plutôt qu'un tremplin. Une telle disposition peut permettre de limiter la formation d'une vague et d'amener le liquide vers le sol.
Avantageusement et de façon non limitative, le dispositif peut être agencé de sorte que au moins une (et avantageusement toutes les) ouverture(s) définisse(nt) un passage pour la circulation de liquide suivant une direction formant un angle non nul avec une direction d'un vecteur normal au plan de la plaque, par exemple supérieur à 20°, par exemple proche de 30°. Ainsi, même en disposant la plaque de sorte que son plan forme un angle de près de 15° avec la verticale, les orifices peuvent permettre de conduire le liquide vers le sol, suivant un angle de près de 15° avec l'horizontale.
Avantageusement et de façon non limitative, le dispositif peut être agencé de sorte que la surface d'impact et/ou les ouvertures de la plaque soient orientée(s) de façon à amener le liquide vers le sol.
Avantageusement et de façon non limitative, le moyen de support peut être agencé de sorte que la plaque dressée soit inclinée par rapport à la normale au plan du sol lorsqu'installé sur le sol, de façon à former un premier angle avec cette normale, et au moins un élément de plaque peut être agencé de sorte qu'au moins une (et avantageusement toutes les) ouverture(s) définisse(nt) un passage pour la circulation de liquide suivant une direction formant un deuxième angle avec une direction d'un vecteur normal au plan de la plaque, ce deuxième angle ayant une valeur supérieure à celle du premier angle et une orientation telle que le liquide arrivant du coté de l'élément de plaque tel que l'élément de plaque et le sol forment un angle aigu pour que ce liquide soit ramené vers le sol lors du passage par ladite au moins une ouverture.
Avantageusement et de façon non limitative, le dispositif peut comprendre une pluralité d'éléments de plaque, par exemple deux, trois ou quatre éléments de plaque, disposés de façon à former une superposition d'éléments de plaque. Ainsi, le liquide qui passe au travers des orifices d'un premier élément de plaque rencontre-t-il un deuxième élément de plaque définissant également des orifices. Cette superposition de plaques perforées peut ainsi participer à la perte de charge du liquide se déversant depuis le bac endommagé.
Avantageusement et de façon non limitative, le dispositif peut être agencé de sorte que pour au moins deux éléments de plaque, les directions de circulation de liquide au travers de ces éléments de plaque soient différentes. On pourra par exemple prévoir un écart d'angle supérieur à 10°, par exemple de l'ordre de 15° ou 30°. Ainsi, au moins un (et avantageusement tous les) orifice(s) d'un des éléments de plaque définit (définissent) un passage pour la circulation de liquide suivant une direction différente de celle du passage défini par au moins un (et avantageusement tous les) orifice(s) d'un autre élément de plaque. Ces deux éléments de plaque peuvent être adjacents dans la superposition d'éléments de plaque du dispositif, ou non.
Avantageusement et de façon non limitative, le dispositif peut comprendre une tôle perforée et une tôle déployée, la tôle perforée étant disposée en amont de la tôle déployée par rapport au sens de circulation du liquide en provenance du bac, ou bien alternativement en aval.
Avantageusement et de façon non limitative, le dispositif peut comprendre un premier élément de plaque, un deuxième élément de plaque et un troisième élément de plaque. Le premier et le troisième éléments de plaque peuvent être similaires et être disposés de part et d'autres du deuxième élément de plaque.
Le premier et le troisième éléments de plaque peuvent comprendre chacun une tôle déployée.
Le deuxième élément de plaque peut comprendre une tôle perforée.
Avantageusement et de façon non limitative, le pourcentage de vide de la tôle perforée varie entre 10% et 40%, ces bornes étant incluses. Les perforations peuvent être rondes, oblongues, ou autres.
L'épaisseur de la tôle perforée peut varier entre 0,4 mm et 10 mm.
L'épaisseur de la tôle employée pour confectionner la tôle déployée peut varier entre 0,4 mm et 10 mm.
Lorsque la tôle est relativement fine, par exemple, pour une épaisseur inférieure ou égale au millimètre, le dispositif peut être conçu pour un usage unique. En cas de rupture de bac, on procède alors au remplacement du dispositif de prévention de débordement.
Pour la tôle déployée, on pourra prévoir une largeur de lanière variant entre 1 et 20 mm, par exemple entre 5 et 10 mm, une longueur de maille entre 3 et 200 mm, avantageusement entre 5 et 70 mm, une largeur de maille entre 2 et 100 mm, avantageusement entre 3 et 30 mm, une épaisseur de lanière avantageusement entre 1 et 5 mm, et une épaisseur totale du métal déployé entre 0,5 et 50 mm, avantageusement entre 1 et 8 mm. Les conduits ainsi formés permettent de dévier une partie du liquide rencontrant la tôle.
On pourra choisir une tôle déployée avec un pourcentage équivalent de vide, pris au niveau d'un plan à mi- épaisseur de la tôle, entre 10% et 40%, avantageusement proche de 25%.
Les tôles peuvent être en acier, notamment inoxydable, en aluminium, en laiton, en cuivre ou autre.
Les tôles déployées peuvent être réalisées par cisaillage et déploiement d'une tôle composée d'un métal ou alliage malléable, ou bien alternativement par moulage d'un métal ou alliage peu ou pas malléable, par exemple de la fonte grise ou du zamak. De manière générale, l'invention n'est en rien limitée par le procédé d'obtention des éléments de plaque.
Avantageusement et de façon non limitative, le moyen de support peut être agencé de façon à définir un espace entre au moins un (et de préférence chaque) élément de plaque et le sol, pour la circulation de liquide. Ainsi, en laissant par exemple entre 5 et 20 cm, par exemple près de 10 cm entre le sol et les plaques, du liquide peut circuler sous les plaques, ce qui réduit la quantité de liquide susceptible de former une vague. Cet espace peut en outre permettre de limiter la stagnation de liquide retenu par les plaques, et donc de réduire le risque d'accumulation de gaz au niveau du sol, et donc le risque d'une explosion liée à une telle nappe de gaz.
Une pluralité de dispositifs tels que décrits ci-dessus peuvent être disposés autour d'un ou plusieurs bacs de stockage, de façon à laisser des passages pour la circulation des opérateurs, par exemple en quinconce.
Il est en outre proposé une installation extérieure selon la revendication 12 comprenant un bac de stockage de liquide, un moyen de rétention de liquide disposé autour de ce bac et au moins un dispositif tel que décrit ci-dessus, disposé entre le bac et le moyen de rétention.
Le liquide peut être un pétrole brut, être issu du raffinage, ou autre. Même si l'invention trouve une application particulièrement intéressante dans l'industrie pétrolière, du fait du risque de pollution associé aux produits stockés, elle n'est en rien limitée à des liquides issus de l'huile brute. On pourrait tout à fait la mettre en oeuvre dans d'autres industries, notamment le stockage d'engrais liquides, et plus généralement de tout liquide susceptible de causer des dommages à l'environnement.
Il est en outre proposé une utilisation du dispositif selon la revendication 13 tel que décrit ci-dessus dans une installation à l'air libre de stockage de liquide issu du pétrole, par exemple de l'huile brute ou raffinée, des carburants, des composés pétrochimiques, ou autre.
Il est en outre proposé un procédé de prévention du débordement de liquide selon la revendication 14 en dehors d'une installation extérieure comprenant un bac de stockage de ce liquide et un moyen de rétention de liquide disposé autour de ce bac, comprenant une étape consistant à déposer un élément de plaque entre le bac et le moyen de rétention, cet élément de plaque définissant une surface d'impact du liquide se déversant contre cette plaque en cas de rupture du bac et des ouvertures réparties sur cette surface et au travers de cet élément de plaque pour diminuer l'énergie cinétique de ce liquide.
Avantageusement et de façon non limitative, on pourra prévoir de disposer une pluralité de ces dispositifs autour du bac, par exemple de sorte que pour ce dispositif, une surface d'impact soit orientée sensiblement vers un ou plusieurs bac(s). On pourra avantageusement prévoir de répartir ces dispositifs de façon relativement régulière autour du ou des bac (s), de façon à laisser des passages pour l'évacuation des personnes.
Avantageusement et de façon non limitative, les dispositifs de prévention peuvent être disposés entre le premier quart et le dernier quart de la distance entre les bacs de stockage et le moyen de rétention, par exemple à mi-distance entre les bacs et le mur de rétention.
Avantageusement et de façon non limitative, les dispositifs de prévention peuvent être disposés avec une orientation telle que les surfaces d'impact des plaques soient tournées vers les bacs de stockage. Les dispositifs peuvent ainsi être disposés sensiblement parallèlement à une surface externe du bac.
L'invention sera mieux comprise en référence aux figures, lesquelles illustrent des modes de réalisation non limitatifs.
Des références identiques peuvent être utilisées d'une figure à l'autre pour désigner des éléments identiques ou similaires.
En référence à la
On peut même prévoir des bacs plus volumineux encore. Par exemple, un bac de stockage peut mesurer entre 3 et 30 mètres de haut, par exemple près de 20 ou 25 mètres de haut, et 1 à 100 m de diamètre, par exemple entre 40 et 50 mètres de diamètre.
En cas de rupture brutale, avec par exemple création d'une brèche de 70 cm, ce volume de pétrole est déversé avec une énergie potentielle relativement élevée dans l'installation.
Un merlon 12 entoure les bacs 10, de façon à former une cuvette de rétention. La hauteur du merlon peut être comprise entre 1 et 3 mètres. Les merlons peuvent par exemple être situés à une distance des bacs 10 comprise entre 10 mètres et 50 mètres.
Alternativement, on pourrait prévoir un mur d'enceinte à la place du merlon.
Cette cuvette de rétention est dimensionnée pour pouvoir retenir le volume stocké dans chacun des bacs 10. Néanmoins, si le pétrole est déversé avec une énergie cinétique relativement élevée, il existe un risque de débordement ou surverse.
Des dispositifs de prévention du débordement de pétrole 11 sont disposés en quinconce, autour des bacs 10. Ces dispositifs permettent de par leur structure et leur disposition de réduire l'énergie cinétique du pétrole potentiellement déversé depuis un bac 10, en cas de rupture brutale et accidentelle de ce bac 10. Cette disposition en quinconce peut en outre permettre aux opérateurs de circuler facilement dans l'installation, et le cas échéant d'évacuer rapidement l'installation. Enfin, en cas d'incendie, cette disposition des dispositifs 11 permet l'épandage de mousse d'extinction.
Chaque dispositif comprend au moins un élément de plaque définissant une surface d'impact pour le liquide susceptible de se déverser contre cette plaque, et définissant des ouvertures réparties sur cette surface, et au travers de cet élément de plaque.
Le tableau 1 ci-dessous donne des exemples de valeurs :
En référence à la
Cette
Chaque élément de plaque définit une surface d'impact 131, 132, 133 contre laquelle vient une partie du pétrole issu du bac 10 en cas de rupture brutale de ce bac 10, ainsi qu'une surface arrière 141, 142, 143, opposée à la surface d'impact.
En outre, chaque élément de plaque 111, 112, 113 définit des orifices (non représentés sur la
Les éléments de plaque, ou plaques 111, 112, 113 sont montés sur un moyen de support 110. Ce moyen de support est agencé pour :
Le pétrole issu du bac 10, qui arrive avec une vitesse ayant une direction sensiblement horizontale, selon la flèche 20, va ainsi pour une partie passer sous les plaques 111, 112, 113, par l'espace 114, et pour une autre partie heurter la surface d'impact 131. L'inclinaison de la surface d'impact permet de contribuer à amener le pétrole vers le sol.
On pourra par exemple choisir une inclinaison telle que l'angle α entre le plan des plaques et la direction verticale, ici représentée par la droite (D) soit entre 12° et 18°, avantageusement de l'ordre de 15°.
Par ailleurs, les orifices des différentes plaques définissent des conduits de circulation de liquide suivant des directions non horizontales, et différentes d'une plaque à la plaque adjacente.
Ainsi, la première plaque 111 est une grille de métal déployé pour laquelle l'inclinaison des lanières (selon les flèches 21) varie entre 12° et 18°, et est avantageusement proche de 15° par rapport à l'horizontale lorsque la plaque 111 est elle-même inclinée de prés de 15° par rapport à la verticale. Dit autrement, la plaque 111 est conformée pour former des conduits inclinés de prés de 30° par rapport à un vecteur normal au plan de la plaque.
La deuxième plaque 112 est une plaque perforée, définissant des conduits dans l'épaisseur de la plaque et correspondant à une direction parallèle au vecteur normal au plan de cette plaque 112. Dit autrement, après avoir été amené vers le bas, suivant une direction formant un angle de 15° avec l'horizontale, le liquide passant à travers les orifices de la plaque 112 suit un trajet avec cette fois une inclinaison de 15° par rapport à l'horizontale, mais vers le haut (suivant la flèche 22). On conçoit que ces variations de direction de mouvement entrainent des pertes de charges relativement importantes.
La porosité de cette deuxième plaque 112 est de 40%.
Enfin, la troisième plaque 113 est identique à la première plaque, et disposée avec la même inclinaison. Le mouvement du liquide passant à travers le maillage de cette plaque 113 s'effectue suivant la flèche 23, c'est-à-dire à nouveau vers le sol, ce qui permet de réduire encore l'énergie du liquide.
Les plaques 111, 112, 113 peuvent par exemple avoir des dimensions de l'ordre du mètre, par exemple entre 1 et 4 mètres pour la hauteur et entre 1 et 6 mètres pour la largeur, par exemple 2 mètres de hauteur et 3 mètres de largeur. Dans l'exemple de la
L'espace 114 peut avoir une hauteur de 10 ou 15 cm par exemple. Le dispositif 11 étant ouvert en partie basse, on limite l'accumulation de gaz entre le dispositif 11 et le bac 10, et donc le risque d'explosion.
Pour la fixation des plaques 111, 112, 113, on pourra par exemple prévoir des cadres et des systèmes de vis, ou autre.
Des essais, réalisés à l'échelle 1/10eme, ont montré que ce dispositif permettait d'éviter la formation de vagues pour un réservoir ayant une hauteur équivalente de 20m et déchiré d'une brèche ayant une longueur équivalente de 70 cm. Pour ces essais, on a utilisé un tube PVC de 20 cm de diamètre et de hauteur de 2 mètres, avec une brèche de 7 cm en bas du tube PVC, une maquette du dispositif de prévention de 15 cm de haut de 20 cm de large, disposée à 40 cm du tube PVC. La maquette du moyen de rétention a également une hauteur proche de 15 cm et est disposée à 50 cm du tube PVC. Le tube PVC est initialement rempli d'eau à 20°C.
Si l'on supprime la première grille 111 et que l'on remplace la deuxième tôle 112 par une tôle semblable à ceci près que la porosité est ramenée à 10%, les résultats restent meilleurs qu'en l'absence de dispositif de prévention de débordement.
Si l'on réintroduit la première grille 111 et que l'on maintient la deuxième tôle (avec une porosité de 10%), le résultat reste très satisfaisant, en ce sens qu'il n'y a quasiment pas de débordement au-delà du mur de rétention.
Les tests ont également montré que si le moyen de rétention était un merlon formant une pente de 45°, il était judicieux d'utiliser une deuxième tôle 112 avec une porosité de 10%, tandis que pour un mur d'enceinte, une porosité de 40% était plus appropriée.
Dans la présente demande, les termes « haut », « bas », « horizontal », « vertical », etc., ont été utilisés pour une utilisation du dispositif de prévention sur un sol supposé horizontal, le vecteur de gravité étant alors vertical et orienté du haut vers le bas. Néanmoins, on comprendra bien que l'orientation de ce dispositif peut être différente, notamment lors de son stockage, transport, etc.
Cette liste de références citées par le demandeur vise uniquement à aider le lecteur et ne fait pas partie du document de brevet européen. Même si le plus grand soin a été accordé à sa conception, des erreurs ou des omissions ne peuvent être exclues et l'OEB décline toute responsabilité à cet égard.