Guide Complet des Réservoirs de Stockage Industriels

Réservoirs de Stockage : Vue d'Ensemble

Les réservoirs sont construits pour entreposer des équipements soumis à une pression de fluide atmosphérique, généralement de 0 à 0,5 kgf/cm².

Construction des Réservoirs

Types de Toits de Réservoirs

La construction des réservoirs est réglementée par des normes telles que l'API 650 et la norme brésilienne NBR 7821. Les toits peuvent être de plusieurs types :

• Toits Fixes

  Directement autoportants sur la face supérieure, appuyés sur la périphérie par un profil interne ou des structures métalliques. Leurs formes peuvent être coniques, courbes, en dôme ou polygonales.

• Toits Mobiles (à Levage)

  Se déplaçant vers l'extérieur sur le côté, permettant la circulation due à la pression de vapeur. Ils intègrent des dispositifs de sécurité pour éviter un excès de pression interne et externe. Le système d'étanchéité entre la cuve et le toit, pour éviter les pertes par évaporation, peut être à joint liquide ou sec.

• Toits à Diaphragme Souple

  La membrane gère les variations de volume de vapeur dues aux changements de pression. Elle fonctionne comme une membrane flexible pour permettre la variation de l'espace de vapeur. Fabriquée en nylon, plastique, néoprène, etc., elle doit résister aux produits entreposés.

• Toits Flottants

  Appuyés directement sur le fluide liquide, ils accompagnent son niveau et minimisent les pertes par évaporation. Ils nécessitent un système d'étanchéité. Il existe trois types principaux :

  • Toit Flottant Simple

    C'est le plus coûteux. Sa flottabilité est précaire, il transmet l'énergie solaire incidente et entraîne des pertes par évaporation élevées.

  • Toit Flottant avec Flotteur

    Il possède un disque central et un flotteur à la périphérie du toit. Il offre une meilleure flottabilité, des pertes par évaporation moindres et un coût plus faible.

  • Toit Flottant à Chambre Variable

    Composé d'une feuille de lin connectée en interne par une structure métallique, il assure une excellente étanchéité et une flottabilité robuste.

Bassin de Confinement

Le bassin de confinement a pour but d'assurer la sécurité du stockage en contenant les produits en cas de fuite du réservoir, de défaillance de la tuyauterie ou d'erreur d'opération. Les digues sont construites avec des couches successives et une épaisseur uniforme de 30 cm de compactage. La surface doit être protégée contre l'érosion du sol par l'ensemencement d'herbe ou le pavage. Ces solutions sont économiques à l'installation, mais entraînent un coût d'entretien plus élevé. Les bassins doivent être accessibles par des escaliers et disposer d'un système de drainage des eaux pluviales.

Fondations des Réservoirs

Un pompage excessif peut entraîner des contraintes et des tensions élevées, compromettant l'intégrité des équipements à haut risque, des efforts importants sur les buses et les raccords, des erreurs de mesure de niveau et un mauvais fonctionnement des composants. L'annexe B de l'API 650 fournit des recommandations pour la construction des fondations.

La construction se fait à 30 cm au-dessus du fond du bassin de fondation, avec un anneau de béton posé directement sur la couche de base traitée et imperméable. Des pieux profonds peuvent être utilisés sous la dalle de béton pour supporter les plaques de fond et les parois.

Mesure de Tassement

La mesure est effectuée lors des essais hydrostatiques selon la norme N 1807. Des broches boulonnées de référence sont utilisées, placées à 10 cm sous la surface supérieure de la fondation compacte. Des angles sont soudés sur le côté du réservoir. Le nombre de broches dépend du diamètre (D) du réservoir :

• D < 30 m : 4 broches
• 30 m ≤ D < 50 m : 6 broches
• D ≥ 50 m : 8 broches

Les tassements sont mesurés lors des essais hydrostatiques aux étapes de remplissage de 0%, 25%, 50%, 75% et 100%.

Selon la norme N270, le tassement absolu admissible est de 300 mm sur toute la périphérie. Le tassement différentiel admissible entre deux points distants de 9000 mm le long du périmètre est de 38 mm.

Fonds des Réservoirs

Joints et Soudures du Fond

Les joints bout à bout sont couramment utilisés pour les soudures des plaques annulaires (chanfrein en V ou simple, avec joint en cuivre). Les joints à recouvrement sont couramment utilisés pour les plaques de fond. La soudure doit être réalisée uniquement sur le cordon supérieur.

Les soudures des tôles de fond avec le premier anneau latéral sont réalisées par soudage d'angle continu des deux côtés, avec les limites de taille suivantes :

• Ne doit pas dépasser la moitié de l'épaisseur de la plaque la plus épaisse.
• Pas moins que l'épaisseur de la plaque la plus mince.
• Pas moins que la valeur spécifiée dans le tableau.

Pour les plaques annulaires jusqu'à ½ pouce, le tableau suivant s'applique. Au moins deux passes sont requises pour les matériaux de la coque appartenant aux groupes IV, IVA, V ou VI de l'API 650.

Renforcement du Fond

Le renforcement du fond est utilisé dans la zone de la structure de support pour les toits fixes (19 mm), pour les toits flottants (6,3 mm d'épaisseur) et pour les accessoires. Dans les zones de mélangeurs, des plaques de 2 mm d'épaisseur sont utilisées.

Épaisseur des Plaques

L'épaisseur nominale des plaques ne doit pas être inférieure au minimum structurel prescrit par la norme, en fonction des exigences de montage. Il n'est donc pas nécessaire d'ajouter cette épaisseur pour la corrosion à la valeur minimale. Voir tableau comparatif.

Disposition des Tôles de Paroi

La disposition des tôles de paroi peut être :

• Symétrique : la plus souhaitable, mais presque impossible à réaliser.
• Face externe : esthétique, montage facile et meilleure finition.
• Face interne : plus habituelle en pratique. Facilité de montage et finition régulière. Plus fréquente avec les toits flottants.

Les joints verticaux des anneaux adjacents doivent être décalés d'au moins 1/3 de la longueur de chaque plaque. Il est permis d'avoir une plaque de fermeture d'anneau d'une longueur minimale de 5 fois l'épaisseur nominale de l'anneau le plus épais considéré. Il ne doit y avoir aucune accumulation de joints verticaux dans la même zone de la paroi du réservoir.

Toit (Plafond)

Selon l'API 650, tous les toits et leurs structures de support doivent être conçus pour supporter leur poids propre, le poids des plaques de toiture et des structures de support, ainsi qu'une charge dynamique, y compris la neige (inférieure à 120 kgf/cm² de surface projetée). La charge totale requise varie selon la norme.

Le matériau utilisé est l'acier au carbone de structure (A-283 Gr B, Gr-570 Gr 33). Des plaques à recouvrement sont utilisées. L'épaisseur minimale est de 3/16 pouce. Des épaisseurs plus importantes peuvent être appliquées sur les toits autoportants. Profils de support : 36-. Pente minimale : 1:16.

Anneaux de Contreventement

Le réservoir doit maintenir sa circularité lorsqu'il est soumis aux charges de vent. Les anneaux de contreventement sont construits à partir de profils soudés. Les sections sont soudées au sommet. L'anneau peut être circulaire ou polygonal. Des anneaux intermédiaires peuvent être nécessaires pour maintenir la rondeur de la coque lorsqu'elle est soumise à des charges de vent simultanées et au vide.

Stockage des Matériaux

• Les plaques calandrées doivent être stockées sur des berceaux en bois propres et à au moins 20 cm au-dessus du sol.
• Les petites pièces (brides, vis, écrous, rondelles) doivent être stockées dans des caisses et dans un endroit sec.
• Les surfaces des pièces usinées doivent être protégées contre la corrosion avec de la graisse ou des substances anticorrosives.
• Les faces des brides doivent être recouvertes d'un disque en bois.

Montage des Fonds

Les soudures entre le fond et les parois doivent être effectuées après la soudure des joints verticaux de la première couronne (de préférence après la deuxième couronne) et avant le soudage du fond avec les plaques périphériques.

Séquence traditionnellement adoptée :

1. Mise en œuvre de la soudure interne.
2. Contrôle de la soudure interne.
3. Mise en œuvre de la soudure externe.

Inspection et Maintenance

L'inspection vise à :

• Vérifier l'état physique de la citerne et de ses composants internes et externes.
• Déterminer le taux de corrosion et évaluer la durée de vie du réservoir.
• Évaluer les causes de détérioration et/ou de dommages.

La norme N-2318 établit les exigences et les pratiques recommandées pour l'inspection des citernes en service : réservoirs en acier au carbone pour le pétrole et ses dérivés, l'eau et l'alcool.

Normes et Spécifications Applicables

Normes Générales

• API 650

  Réservoirs en acier soudés pour le stockage du pétrole. Couvre les spécifications relatives aux matériaux, à la conception, à la fabrication, à l'assemblage, aux essais de réservoirs verticaux, cylindriques, non enterrés, à toit ouvert ou fermé, de construction soudée, en acier, de différentes dimensions et capacités, pour un service à pression interne et à température atmosphérique (pas plus de 2,5 psig).

• NBR 7821 (ABNT)

  La NBR 7821 (ABNT) présente des conditions pratiquement identiques à l'API 650.

• BS 2654

  Spécifie les exigences pour les matériaux, la conception, la fabrication, l'assemblage et les essais de réservoirs en acier, non réfrigérés, soudés, cylindriques et verticaux. Pression de calcul maximale de 56 mbar et température minimale de conception de -10 °C.

• API 620

  Conception et construction de citernes de grande taille à basse pression, soudées, assemblées sur site pour le pétrole et les produits pétroliers. Pression maximale de vapeur de 15 psig dans l'espace gazeux.

• API 2000

  Exigences normales et d'urgence pour les citernes non enterrées, les réservoirs de pétrole et d'huile (réfrigérés ou non), enterrés ou pour les réservoirs sans hydrocarbures liquides.

Spécifications API pour Réservoirs de Production

• API Spécification 12A

  Exigences relatives aux matériaux, conception, fabrication, assemblage et essais pour les réservoirs en acier, cylindriques verticaux et rivetés. Capacité nominale de 240 à 250 000 barils (tailles standard). Largement utilisée dans les champs de production.

• API Spécification 12B

  Spécifie les exigences pour les matériaux, la conception, la fabrication, l'assemblage et les essais de réservoirs en acier, non enterrés, boulonnés, cylindriques et verticaux. Capacité nominale de 100 à 10 000 bbl (tailles standard). Largement utilisée dans les champs de production.

• API Spécification 12D

  Spécifie les exigences pour les matériaux, la conception, la fabrication, l'assemblage et les essais de réservoirs en acier, non enterrés, soudés sur site. Capacité nominale de 500 à 10 000 barils (tailles standard). Largement utilisée dans les champs de production.

• API Spécification 12E

  Exigences relatives aux matériaux, la conception, la fabrication, l'assemblage de réservoirs en bois, verticaux et cylindriques, non enterrés. Capacité nominale de 130 à 1500 barils (tailles standard). Largement utilisée dans les champs de production.

• API Spécification 12F

  Spécifie les exigences pour les matériaux, la conception, la fabrication, l'assemblage et les essais de réservoirs en acier, non enterrés, soudés en atelier, cylindriques et verticaux. Capacité nominale de 90 à 750 barils, diamètre maximal 15,5 m (tailles standard). Très utilisée dans les champs de production.

Normes Brésiliennes (N)

• N-270

  Fixe les exigences pour la conception mécanique de réservoirs d'eau, en acier au carbone, de fabrication soudée, verticaux et cylindriques, avec ou sans toit fixe ou flottant, pour le stockage de pétrole et de ses dérivés. Température maximale de 260 °C.

• N-271

  Spécifie les exigences pour l'assemblage de réservoirs en acier, soudés, cylindriques, verticaux, fonctionnant à pression atmosphérique et à une température de -6 °C à 150 °C, ou à une pression jusqu'à 1 kg/cm² et une température de -50 °C à 95 °C.

• N-1888

  Conditions fixées pour la fabrication en atelier et le transport des réservoirs atmosphériques. Le fond doit être conique avec une pente minimale de 1:120 du centre vers la périphérie. Le contour du fond de la cuve doit être réalisé avec des plaques préfabriquées.