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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers

GUIDE DE CONCEPTION DES RESERVOIRS CYLINDRIUE VERTICAUX

Auteur NGOMBA MVOGO Jean Marie

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REMERCIEMENTS Je remercie l’Eternel DIEU de m’avoir donné la sagesse et l’intelligence nécessaires pour produire ce travail. En cette fin de cycle d’Ingénieur, l’occasion m’est donnée de témoigner ma gratitude à toutes les personnes qui ont de près ou de loin contribué à ma formation et la production de ce document, notamment à : Pr. NZENGWA Robert, Doyen de la Faculté de Génie Industriel pour son dévouement pour que nous ayons des profils compétitifs pour des emplois futurs. M. NGAYIHI ABBE Claude enseignant chercheur à la la Faculté de Génie Industriel pour l’encadrement qu’il nous a accordé pendant ce projet. M. NYATTE NYATTE JEAN, enseignant à la Faculté de Génie Industriel, pour sa disponibilité et ses remarques constructives. M. EKOUTA Dieudonné ING. Directeur Technique de PI ENGINEERING, pour son encadrement, disponibilité dans le suivi permanent de ce travaille et ses conseils prodigués M. SIGNE joseph chef Service Travaux Neuf et Développement de la SCDP pour son encadrement, sa disponibilité et ses remarques et conseils constructifs.

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers M. Dieudonné OYONO, Recteur de l’Université de Douala, pour nous avoir offert un cadre propice pour notre formation. M ELOUNDOU ESSOMBA, Gaston Directeur Général de la SCDP qui a bien voulu nous accueillir dans son entreprise. Tout le corps enseignement et le personnel administratif de la Faculté de Génie Industriel, pour tout le dévouement donné pour notre formation. Tout le personnels du service travaux Neuf et Développement pour leur sympathie Toute ma famille pour le soutien permanent tout au long de ma formation Tous ceux qui ont de près ou de loin contribué à la réalisation de ce travail, et donc les noms ne figurent pas ici.

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Résumé Cet ouvrage est un guide de conception et de maintenance des réservoirs cylindriques verticaux. Pour le stockage des produits pétroliers (SUPER, PETROLE, GASOIL ET LE GPL).qui peut être consulter par par les concepteurs, les surveillants de chantier et les maintenanciers

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TABLE DES MATIERES Dédicace ................................................................................... Erreur ! Signet non défini. REMERCIEMENTS ..................................................................................................... ii RESUME ................................................................................... Erreur ! Signet non défini. ABSTRACT ............................................................................... Erreur ! Signet non défini. TABLE DES MATIERES.................................................................................................. v LISTE DES ABREVIATIONS ET SYMBOLES ............................................................... viii GLOSSAIRE .................................................................................................................. xi LISTE DES TABLEAUX ............................................................................................... xii LISTE DES FIGURES ................................................................................................... xiv INTRODUCTION GENERALE ......................................................................................... 1 PARTIE. I : ..................................................................................................................... 2 PROBLEMATIQUE ET REVUE DE LA ............................................................................. 2 LITTERATURE .............................................................................................................. 2 CHAPITRE 1 : PRESENTATION DE LA SCDP ET PROBLEMATIQUE ........Erreur ! Signet non défini. L’HISTORIQUE ...................................................................................... Erreur ! Signet non défini. MISSIONS ............................................................................................... Erreur ! Signet non défini. OBJECTIFS ............................................................................................. Erreur ! Signet non défini. ORGANISATION ................................................................................... Erreur ! Signet non défini. a) Les actionnaires ................................................................................... Erreur ! Signet non défini. b) La capacité et Réseau de distribution de la SCDP ............................... Erreur ! Signet non défini. E. DEPOT DE BESSENGUE ...................................................................... Erreur ! Signet non défini. F. PROBLEMATIQUE ................................................................................ Erreur ! Signet non défini. G. CAHIER DE CHARGES ......................................................................... Erreur ! Signet non défini. A. B. C. D.

CHAPITRE 2 : GENERALITES SUR LES RESERVOIRS .................................................................... 4 A. a) b) c) d) B. C.

LES TYPES DE RESERVOIRS...................................................................................................... 4 Silos ............................................................................................................................................. 4 Réservoirs cylindriques horizontaux ........................................................................................... 5 Réservoirs sphériques .................................................................................................................. 5 Réservoirs cylindriques verticaux................................................................................................ 6 METHODE DE DIMENSIONNEMENT DES RESERVOIRS DE STOCKAGE ........................ 11 PRESENTATION DU CODRES .................................................................................................. 12

PARTIE II. ................................................................................................................... 14 DIMENSIONNEMENT ET ELABORATION DES ........................................................... 14 TERMES DE REFERENCES .......................................................................................... 14 CHAPITRE 3 : DIMENSIONNEMENT D’UN RESERVOIR A TOIT FIXE SUIVANT LE CODRES ......... 15 A.

CHOIX DES MATERIAUX ......................................................................................................... 15

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers LES HYPOTHESES DE CALCULS............................................................................................. 16 MODELISATION DU RESERVOIR AVEC LES EFFORTS APPLIQUES .............................. 16 METHODE DE DIMENSIONNEMENT ...................................................................................... 17 DIMENSIONNEMENT DE LA ROBE ........................................................................................ 17 a) Détermination de la pression d’étude ........................................................................................ 17 b) Calcul des épaisseurs de viroles ................................................................................................ 18 c) Calcul des raidisseurs de la robe ................................................................................................ 19 d) Calculs des contraintes et de la déformée sur la robe ................................................................ 20 F. DIMENSIONNEMENT DE La TOLE DE FOND DU RESERVOIR .......................................... 23 a) Calculs et vérications des contraintes sur la tôle de fond .......................................................... 24 G. DIMENSIONNEMENT DE LA TOLE DE TOITURE............................................................... 24 a) Calculs et vérifications des contraintes sur la tôle de toiture ..................................................... 24 H. VERIFICATION DE LA CHARPENTE....................................................................................... 25 a) Descente de charge .................................................................................................................... 26 b) modélisation et calcul de la ferme ............................................................................................. 27 c) Vérification du chevron ............................................................................................................. 31 d) Modélisation et calcul de l’entretoise ........................................................................................ 34 e) Modélisation et calcul du contreventement ............................................................................... 36 I. VERIFICATION DE LA RESISTANCE AU SOULEVEMENT D’APRES LA SECTION C7 DU CODRES .......................................................................................................................................... 37 J. VERIFICATION DE LA FRANGIBLE DU RESERVOIR .......................................................... 39 K. VERIFICATION DE LA RESISTANCE AU SEISME DES RESERVOIRS .............................. 40 L. VERIFICATION DE LA RESISTANCE A LA VIS A VIS DU MOMENT DE RENVERSEMENT ET STABILITE DE LA ROBE ............................................................................ 42 M. CALCULS ET VERIFICATION DES ECHELLES ET PASSERELLES DE LA TOITURE . 44 a) Vérification de l’échelle ............................................................................................................ 45 N. résumé des resultants des calculs analytique des elements de charpe ............................................ 46 O. Vérification numérique de la coque et des éléments de charpente et comparaison des résultats .. 48 a) Vérification numérique de la coque du réservoir ....................................................................... 48 b) Vérification des éléments de charpente ..................................................................................... 55 P. DESCENTE DE CHARGE SUR LE RADIER ............................................................................. 59 Q. CALCULS ET VERIFICATION DES ASSEMBLAGES ............................................................ 59 a) Choix des assemblages .............................................................................................................. 59 b) Assemblage des éléments boulonnés ....................................................................................... 60 c) Assemblage des éléments soudés .............................................................................................. 63 R. DETERMINATION DE LA DUREE DE VIE DU RESERVOIR ................................................ 64 S. PRESENTATION DU PRO-LOGICIEL ....................................................................................... 64 a) Notice d’utilisation .................................................................................................................... 65 B. C. D. E.

CHAPITRE 4 : PROPOSITION D’ELABORATION D’UN CAHIER DE CONSTRUCTION D’UN RESERVOIR A TOIT FIXE. ........................................................................................................ 66 A. a) a) b) c) d) iii. B. C. D. E.

DIRECTIVE POUR LA REDACTION DES TERMES DE REFERENCE ................................. 66 Matériaux................................................................................................................................... 66 Logistique du matériel sur site .................................................................................................. 67 Sécurité sur site et du personnels ............................................................................................... 67 Les contrôles et les essais sur le réservoir ................................................................................. 67 Disposition constructive ............................................................................................................ 67 Liaison chevron couronne......................................................................................................... 69 L’ALGORITHME DE MONTAGE DES VIROLES .................................................................... 74 TABLEAU 4.5 DE DEVIS ESTIMATIF ...................................................................................... 75 DUREE PROVISOIRE DU PROJET ........................................................................................... 78 Plan de maintenance ...................................................................................................................... 79

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers CONCLUSION ET PERSPECTIVES ................................................................................ 81 REFERENCES BIBLIOGRAPHIES........................................................................... 82 ANNEXES..................................................................................................................... 83

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LISTE DES ABREVIATIONS ET SYMBOLES C : surépaisseur de corrosion D : diamètre du réservoir : Epaisseur de la robe requise pour les conditions d’études : Epaisseur de la robe requise pour les conditions d’essai : Distance entre la base de la virole et la hauteur maximale du liquide P : la pression d’étude : Pression d’essai Contrainte maximale admissible : ρ : densité maximale du produit stocké : Densité du produit en situation d’essai Mvent : moment du à la pression du vent sur la robe Mpression : moment dû à la pression interne Mpoids : moment dû au poids effectif à l’état corrodé du toit et de la robe Mproduit : moment du au poids du produit résiduel SNCT : Syndicat National de la Chaudronnerie, de la Tôlerie et de la Tuyauterie Industrielle CODAP : Code de Construction des Appareils A Pression API: American Petroleum Institute BS: British Standard etf : Épaisseur de la tôle de fond ou épaisseur du bord ure annulaire au droit de la robe [mm] ev1 : Épaisseur (sans surépaisseur de corrosion) de la virole de la robe du réservoir fixée à la tôle de fond, [mm] g : Accélération de la pesanteur [ m /s²] hlc : Bras de levier relatif à la masse mlc , [m] hlf : Bras de levier relatif à la masse mlf [m] H : Haut eu r maximale de remplissage [m] J : Coefficient de sol mlc : Masse de la fraction de liquide convectif [kg] CONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email :[email protected]

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers mlf : Masse de la fraction de liquide figé [ kg] mliq : Masse totale de liquide [ kg] mt : Masse du toit et des composants fixés sur celui –ci [ kg] mv : Masse de la robe du réservoir et des composants fixés sur celle-ci, [kg] MF : Moment de renversement appliqué à la fondation [ N . m] MV : Moment de renversement appliqué à la robe [ N. m] : Limite d’élasticité de la tôle de fond ou de la bordure annulaire [ MPa]

, ,

: Limite d’élasticité de la virole de la robe du réservoir fixée à la tôle de fond [ MPa]

T : Période du premier mode de ballotement, [s] xlc : Distance du point d’application de la masse mlc à la base du réservoir [m] xlf : Distance du point d’application de la masse mlf à la base du réservoir, en[m] xv : Distance du centre de gravité de l a robe à de la base du réservoir, en [m] xt : Distance du centre de gravité du toit à la base du réservoir, en[ m] wb : Force longitudinale de compression maximale [ N par m de circonférence] wT : Poids du réservoir vide (robe, partie d u toit supportée par la robe, accessoires …), [N par m de circonférence]. wL : Poids du circonférence]

liquide

participant

à la résistance au renversement,[N par m de

α = Coefficient sismique exprimé en %g (par exemple : pour une accélération sismique de 1,5m/s²α=1, 5 / 9, 81 = 0, 1529) β : Coefficient sismique fonction de α ρliq : Densité du liquide σa : Contrainte longitudinale admissible de compression [MPa] D : Diamètre nominal du réservoir [ mm] ea : Epaisseur de la bordure annulaire ou épaisseur du fond pour les réservoirs ne Comportant pas de bordure annulaire [mm] e1: Epaisseur de la tôle de la virole basse [mm] en: Epaisseur de la tôle de la virole haute [mm] ecr: Epaisseur de la cornière de rive [mm] ep: Epaisseur de la tôle du toit [mm] Tan θ : Pente du toit conique ou pente de la tangente au toit sphérique CONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email :[email protected]

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers Rm,su p : Résistance à la traction de la partie supérieure du réservoir (virole haute, cornière de rive, toit).[MPa] Rm,inf : Résistance à la traction de la partie inférieure du réservoir (virole basse, bordure annulaire ou fond) en MPa Re,inf : Limite d’élasticité de la partie inférieure du réservoir annulaire e ou fond) [MPa]

(virole basse, bordure

prt : Pression de la phase gazeuse entrainant la défaillance de la liaison [mbar]

robe-toit en

prf Pression de la phase gazeuse entrainant la défaillance de la liaison robe-fond en [mbar]

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GLOSSAIRE Réservoir : conteneur pour le stockage de produits liquides. Un silo : est un réservoir destiné au stockage de particules granulaires solides. [1] Robe : la robe est la section à parois verticales d'un réservoir. virole : une virole, ou assise, est une seule épaisseur de tôles en acier constituant un niveau de la robe. Point éclair : C’est la température la plus basse où la concentration des vapeurs émises est suffisante pour produire une déflagration au contact d'une flamme ou d'un point chaud, mais insuffisante pour produire la propagation de la combustion en l'absence de la flamme "pilote". Frangibilité des réservoirs : Un réservoir est dit frangible lorsque, lors d’une élévation accidentelle de la pression intérieure, la rupture de l’enveloppe de confinement du produit stocké a lieu dans une zone de l’appareil (toit, liaison robe-toit, virole haute …) non mouillée permettant ainsi d’assurer après rupture le confinement du produit stocké.[2]

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LISTE DES TABLEAUX Tableau 1.1 : fiche signalétique de la SCDP Tableau 1.2 : répartition des actionnaires de la SCDP Tableau 1.3 : récapitulatifs des 13 dépôts de la SCDP Tableau 1.4 : la situation actuelle de la consommation des produits blancs Tableau 1.5 : caractéristiques du réservoir Tableau 1.6 : caractéristiques des tubulures Tableau 1.7 : caractéristiques des produits qui seront stockés dans le réservoir Tableau 3.1 : caractéristique des matériaux Tableau 3.2 : les épaisseurs de viroles d’étude Tableau 3.3 : les épaisseurs de virole d’essai Tableau3.4 : caractéristique du matériau Tableau 3.5 : vérification des contraintes appliquées sur la robe Tableau 3 .6 : vérification des contraintes appliquées sur la tôle de fond Tableau 3.7 : vérification des contraintes appliquées sur la tôle du toit Tableau 3.8 : récapitulatif du poids de la charpente Tableau 3.9 : combinaison des charges Tableau 3.10 : caractéristiques des efforts et contraintes appliqués sur le chevron Tableau 3.11 : caractéristiques des efforts et contraintes appliqués sur l’entretoise Tableau 3.12 : caractéristiques des coefficients pression entrainant la défaillance Tableau 3.13 : validation analytique du chevron Tableau 3.14 : validation analytique de l’entretoise Tableau 3.15 : validation analytique des supports de marche Tableau3.16 : comparatif de résultats analytiques et numériques des calculs sur la coque Tableau 3.17 : comparaison des résultats analytiques et numériques du chevron Tableau 3.18 : comparaison des résultats analytiques et numériques de l’entretoise Tableau 3.19 : récapitulatif des charges appliquées sur la fondation Tableau 3.20 : caractéristique du boulon chevron-couronne Tableau 3.21 : caractéristique du boulon liaison robe-charpente Tableau 4.1 : Du choix de longueur de base du cordon Tableau 4.2 : épaisseur de tubulure en fonction du DN CONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email :[email protected]

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers Tableau 4.3 : longueur de la tubulure en fonction du diamètre nominale Tableau 4.4 : caractéristique du trou d’homme Tableau 4.5 : devis estimatif Tableau 4.6 : durée prévisionnelle projet Tableau. A1 : coefficients sismiques Tableau A.2 : coefficients du sol J Tableau A.3 : classes de boulons Tableau .A.4 : sections des boulons Tableau. A.5 : des coefficients en fonction des épaisseurs des cordons de soudures Tableau. A.6 : des combinaisons des efforts Tableau A.7 : des coefficients en fonction de la répartition longitudinale des charges données Tableau A.8 : de désignation de matériau Tableau A.9 : de caractéristique de l’acier austénitique Tableau A.10 périodicité d’inspection

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LISTE DES FIGURES Figure 1.1 : Circuit de distribution des produits Figure 1.2 schéma architectural du réservoir que nous allons réaliser Figure 2.1 : Silo cylindrique (source Google image) Figure 2.2 : sphère Figure 2.3 : cuve ouverte Figure 2.4 : réservoir à flottant Figure 2.5 : Réservoirs à toit fixe supporté par des montants Figure 2.6 : Réservoir à toit fixe autoportante Figure 2.7 : Réservoir à toit fixe autoportante dernière génération Figure 3.1 : modélisation du réservoir Figure 3.2 : réservoir avec hauteur de virole Figure 3.3 : réservoir modélisé en coque cylindrique Figure 3.4 : déformée de la robe Figure 3.4 réservoir avec les épaisseurs des viroles Figure 3.5 Vue D’ensemble de la charpente Figure 3.6 : Détail palier stabilité Figure 3.7 : modélisation du vent sur le réservoir Tableau 3.9 : combinaison des charges Figure 3.8 : modélisation de la ferme Figure 3.9 : modélisation du chevron Figue 3.10 : présentation des inconnues sur la figure Figure 3.1 : système d’équilibre Figure 3.12 : détermination du moment Figure 3.13 : détermination des forces unitaires suivant l’inconnue Figure 3.14 : Détermination du moment unitaire suivant l’inconnu Figure 3.16 : détermination des forces unitaires suivant l’inconnue Figure 3.17 : Détermination du moment unitaire suivant l’inconnu Figure 3.18 : modélisation de l’entretoise Figure 3.19 : système d’équilibre Figure 3.20 : déterminations des efforts mécaniques internes

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers Figure 3.21 : palier de stabilité de la charpente Figure 3.22 : vue de detail du palier de stabilité Figure 3.23 : calcule de l’effort normal appliqué au contreventement Figure 3.24 : calcul des moments de renversements Figure 3.25 : modélisation des marches Figure 3.26 : calculs des efforts Figure 3.27 : maillage triangulaire à 3 nœuds Figure 3.28 : de contraintes circonférentielles en X Figure 3.29 : de contraintes axiale Figure 3.30 : déplacement suivant x : w Figure 3.31 : déplacement suivant z : U Figure 3.32 : déplacement suivant la rotation au tour de z : Figure 3.33 : courbe de la déformée du chevron Figure 3.34 : courbe de contrainte du chevron Figure 3.35 : courbe de la déformée de l’entretoise Figure 3.36 : courbe de contrainte de l’entretoise Figure 3.37 : descente de charge sur la fondation Figure 3.38 : descente de charge sur la fondation Figure 4.1 : mise en disposition du gousset Figure 4.2 : liaison robe charpente Figure 4.3 : liaison chevron - couronne Figure 4.5 : Robe- cornière de rive et la tôle toiture Figure 4.6 : Liaison tôle de fond robe Figure 4.7 : disposition de la tôle de bordure Figure 4.8 : disposition des tubulures.

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Figure 1.A : disposition de la baquette de soudure Figure 2.A : coulée de la laitière Figure3.A : baquette de soudure

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INTRODUCTION GENERALE La maximisation du profit et la satisfaction des besoins du client ont toujours été les principaux objectifs

de toute entreprise. C’est

Camerounaise des Dépôts

dans cette logique que la Société

pétroliers, s’emploie de manière continue à satisfaire la

demande nationale en hydrocarbure. Cette mission reste très complexe compte tenu de la croissance exponentielle de la demande. Cette croissance de la demande entraine généralement le déficit de l’offre qui, sur le plan social, se manifeste généralement par des pénuries des produits hydrocarbures ; ces pénuries

constituent un frein à

l’épanouissement des ménages et une menace pour la paix sociale. Sur le plan économique, ce déficit entraine aussi des pertes économiques importantes qui peuvent paralyser le système économique. Pour faire donc face à cette problématique, la SCDP s’est doté d’un programme d’augmentation de ses capacités de stockages. C’est donc dans le cadre de l’exécution de ce programme, qu’il nous a été demandé de concevoir un réservoir de 6333m3 pour le stockage du produit gazole au compte du dépôt SCDP de BESSENGUE. Pour effectuer cette conception en tant qu’ingénieur, il fallait leur proposer quelque chose d’innovant c’est-à-dire un réservoir de dernière génération dans lequel on pourra installer, les instruments de la télé surveillance. il sera construit en acier inoxydable austénitique ; aura deux échelles en caillebotis antidérapant. Par ailleurs, pour le service «Travaux neufs et développement » qui nous a accueilli en tant que stagiaire, nous allons leur laisser un pro-logiciel

qui leur servira à dimensionner et vérifier les notes de calcul à un temps

recors. Le travail sera structuré comme suit : en chapitre premier nous allons présenter la SCDP : son histoire, sa mission

et la problématique de notre travail. Au deuxième

chapitre, nous allons présenter les généralités sur les structures de stockages : le niveau de technologie actuel. Dans le chapitre trois, nous allons dimensionner et vérifier les éléments de structures ; et faire également des vérifications numériques ; des éléments de charpente dans le logiciel RDM6. La coque de la robe par le logiciel AUTODESK ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS Enfin,

le chapitre quatre

est un mini guide pour la

conception des réservoirs à toit fixe autoportante, avec quelques solutions constructives et les dessins de réalisation.

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PARTIE. I : PROBLEMATIQUE ET REVUE DE LA LITTERATURE

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Figure 1.2 schéma architectural du réservoir que nous allons réaliser

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CHAPITRE 2 : GENERALITES SUR LES RESERVOIRS Le stockage massif des liquides pour les différents produits rencontrés dans l’industrie du pétrole, de la pétrochimie et de la chimie, s’effectue principalement dans des réservoirs métalliques, de construction soudée, installés à l’air libre et reposant sur le sol (réservoirs aériens).

A. LES TYPES DE RESERVOIRS Pour répondre à la grande variété des produits liquides industriels à stocker, les constructeurs ont recours à des réservoirs de formes diverses et de conceptions différentes étudiées, pour s’adapter le plus rationnellement et le plus économiquement possible aux caractéristiques du produit à traiter. La configuration d’un réservoir dépend de deux impératifs essentiels qui sont, d’une part, la conservation du produit en limitant ou en interdisant les évaporations et, d’autre part, la tenue de la structure à la pression interne développée par le produit ou maintenue à un certain niveau pour faciliter l’exploitation. La forme cylindrique est la plus courante en raison de sa simplicité de mise en œuvre et de sa bonne résistance à la pression interne. Lorsque la pression interne est importante, on a recours à des formes sphériques mieux adaptées que les cylindres et qui permettent de réduire les épaisseurs de paroi.

a) Silos Un silo ou tank est un réservoir de stockage destiné à entreposer divers produits en vrac (pulvérulents, en granulés, en copeaux...) utilisés dans diverses industries (brasseries, cimenteries, matières plastiques...) et dans le domaine agricole. Il s’agit généralement de réservoirs verticaux, le plus souvent cylindriques, construits en divers matériaux (bois, acier, béton). Il peut aussi s’agir d’installations horizontales : silo-couloir, silo tranchées, utilisés notamment en agriculture pour préparer et conserver des ensilages.

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Figure2.1 Silo cylindrique (source Google image)

b) Réservoirs cylindriques horizontaux Souvent désignés

ballons, les réservoirs cylindriques horizontaux sont installés au-

dessus du sol sur des berceaux supports. Leurs extrémités sont terminées par des fonds emboutis hémisphériques, sphériques ou elliptiques. Ces récipients sont destinés au stockage sous forte pression, mais leur emploi est limité en général à de faibles capacités. Cependant, depuis 1975, l’utilisation de réservoirs cylindriques horizontaux de grande capacité s’est développée en Europe pour répondre essentiellement à des problèmes de sécurité vis-à-vis de l’environnement. Ces stockages reposent le plus souvent directement sur le sol, sans fondation spéciale et sans berceau. Après construction, ils sont entièrement enfouis sous une couche de terre de l’ordre du mètre qui constitue une protection autour de l’ouvrage encas d’incendie ou d’explosion à proximité.

c) Réservoirs sphériques Appelés aussi sphères, ils sont généralement supportés par des Poteaux disposés au niveau de l’équateur ou, quelquefois, par une Jupe métallique ou un massif de béton placé sous l’hémisphère inférieur. Ces ouvrages sont parfaitement adaptés aux stockages sous forte pression (gaz pétrole liquéfié) et permettent la réalisation économique de grandes capacités.

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Figure 2.2 sphère [3]

d) Réservoirs cylindriques verticaux Appelés communément réservoirs, ils reposent directement sur le sol ou sur une fondation par l’intermédiaire d’un fond plat, concave ou convexe. Ils sont habituellement équipés soit d’un toit fixe conique ou sphérique, soit d’un toit flottant qui repose sur le liquide et coulisse dans le piston formé par la robe du réservoir. Dans quelques cas assez rares, ces réservoirs sont de simples cuves à ciel ouvert, sans toit, la surface du liquide stocké étant alors directement exposée à l’atmosphère. Lorsque ces réservoirs doivent supporter une légère pression, leur toit est généralement de forme sphérique et leur fond peut être ancré sur une fondation circulaire en béton. Pour éviter ces ancrages et la fondation qu’ils impliquent, le fond plat peut être remplacé par un fond sphérique concave qui équilibre les effets de la pression sur le toit. La typologie de tous ces réservoirs se trouve dans la suite du présent document.

i. Cuves ouvertes Les cuves ouvertes (figure 2.3) ne comportent pas de toit et leur emploi est limité aux quelques liquides que l’on peut, sans danger, pour leur qualité ou pour l’environnement, exposer à l’air libre.

Figure 2.3 cuve ouverte [3] CONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email :[email protected]

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ii. Les réservoirs à toit flottant Les réservoirs à toit flottant (figure 2.4) comprennent une structure flottante, directement posée sur le liquide, que l’on installe soit dans une cuve ouverte, soit dans un réservoir à toit fixe. Ces réservoirs, en raison de leur remarquable capacité à réduire les évaporations, sont réservés au stockage des produits les plus volatils comme le super. L’espace vapeur qui existe au-dessus du liquide des réservoirs à toit fixe est la source des pertes par respiration et remplissage. Ces pertes peuvent être pratiquement supprimées par l’utilisation d’un type de réservoir qui élimine cet espace vapeur. Il consiste à installer une structure qui flotte directement sur la surface du liquide stocké et que l’on appelle toit flottant. Le coût supplémentaire entrainé par la construction de ce toit flottant est largement compensé par l’économie réalisée sur le stock. A cette raison économique, il faut aujourd’hui associer la nécessité d’une limitation de la pollution atmosphérique imposée généralement par les règlementations locales.

Figure 2.4 réservoir à flottant

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iii. Les réservoirs à toit fixe Les réservoirs à toit fixe (figure 1b) sont pourvus d’un toit et permettent donc une meilleure conservation des liquides volatils, dangereux ou polluants. i. Les toits fixes supportés par les montant Les toits fixes supportés ont un profil conique assez plat avec une pente recommandée de 1/16 ou 1/12, notamment lorsque le toit est calorifugé. Ces toits sont constitués d’une charpente supportée par un ou plusieurs poteaux, en tubes ou en profilés, qui s’appuient sur le fond de l’ouvrage. Les tôles du toit reposent sur des chevrons rayonnants qui prennent appui au centre du réservoir sur le poteau central, en périphérie sur la robe, et pour les réservoirs de diamètre supérieur à 25 m, sur des poteaux intermédiaires. Ces derniers sont disposés sur des cercles concentriques et sont reliés en tête par des pannes droites sur CONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email :[email protected]

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers lesquelles viennent se poser les chevrons (figure 2.5). L’espacement entre ces chevrons n’excède pas, selon les codes, 1,7 m, sauf sur la robe où il peut être porté à 2 m. Les charpentes à poteaux sont reconnues comme des structures économiques car leur conception permet un montage simple sur le site. Ce type de charpente peut être employé sur les plus grands réservoirs. Il n’est, en effet, pas limité en diamètre car il est toujours possible, pour l’agrandir, d’ajouter une rangée supplémentaire de poteaux, de pannes et de chevrons.

Figure 2.5 Réservoirs à toit fixe supporté par des montants [3]

iv. Les réservoirs à toits fixes coniques à charpente autoportante Les toits fixes autoportants sont soit coniques avec une pente de 1/5 ou 1/6, soit sphériques avec rayon de courbure compris entre 0,8 et 1,5 fois le diamètre du réservoir. La charpente de ces toits est constituée d’éléments porteurs rayonnants, réalisés par de simples chevrons ou par des fermes métalliques. Ces éléments sont fixés en leur centre sur un anneau formant clef de voûte et prennent appui en périphérie sur le sommet de la robe, sans l’intermédiaire de…

Figure 2.6 Réservoir à toit fixe autoportante [3]

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8

Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers La présentation des différents types de réservoirs n’est pas exhaustive, il existe bien d’autres types de réservoirs cylindriques verticaux que nous n’avons pas présentés ici. Cependant dans le présent document, nous allons nous intéresser à l’étude d’un réservoir cylindrique vertical à toit fixe avec une charpente autoportante. Figure 1.2

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Figure 1.7 réservoir à toit fixe autoportante de dernière génération ([4]

P.10

10 CONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email :[email protected]

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B. METHODE DE DIMENSIONNEMENT DES RESERVOIRS DE STOCKAGE La mécanique des structures a pour but de rechercher les meilleures formes et dimensions à donner aux éléments d’une construction, pour lui permettre de résister aux actions qui la sollicitent d’une manière aussi économique que possible. Les structures minces sont pour cela utilisées largement, au vu de leur excellente capacité à supporter et transmettre les sollicitations, couplée à

une masse réduite. La coque

cylindrique est un type de structure mince très employé, et dans de nombreux secteurs. On la retrouve ainsi sous forme de conserve dans l’agroalimentaire, de fuselage d’avion dans l’aéronautique, de silo de stockage dans le génie civil, de réservoir à carburant Cependant, la faible épaisseur de ces structures les rend sensibles à des phénomènes d’instabilité structurelle, ou flambage. Une bonne compréhension de ces phénomènes est primordiale, afin d’éviter un mauvais dimensionnement. C’est pourquoi le flambage de coques minces a été largement étudié depuis le début du XXème siècle. Néanmoins, les méthodes de dimensionnement des coques minces peuvent encore être grandement améliorées, grâce à l’évolution des outils numériques

et

des méthodes

expérimentales et empiriques permettant de mieux comprendre la phénoménologie de l’instabilité de ce type de structure. Le dimensionnement des réservoirs se base principalement sur la règle NASA SP8007, établie à la fin des années 60, et reconnue

par

de

nombreux experts comme étant trop conservative. La grande

compétitivité du secteur spatial et la recherche de performances optimales demandent une amélioration de cette règle et une meilleure compréhension. La plus part des pays industrialisés ont institué leur code de construction dont les plus utilisés dans l’industrie sont [5] :  API 650 et 620 : American Petroleum Institute : c’est un code de construction américaine des équipements pétroliers industriels ;  EUROCODE 3 : Norme de constructions européennes des structures en acier mais le paragraphe 4.1 concerne spécifiquement les réservoirs de stockages ;  BS : British standard c’est un code de construction britannique des équipements pétroliers industriels ;  CODRES 2007 DIVISION1 : code de constructions des réservoirs cylindriques verticaux. C’est le standard français de construction des équipements pétrolier de la plus part des constructeurs francophones. CONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email :[email protected]

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers Cependant, nous avons choisi utiliser le CODRES parce qu’il nous a été imposé par le maitre d’ouvrage dans le cahier de charges ; et aussi parce que les partenaires techniques du maitre d’ouvrage, lesquels valident ses notes de calculs, utilisent toujours le standard française.

C. PRESENTATION DU CODRES Le CODRES est un code de construction des réservoirs de stockage cylindriques verticaux. Il est rédigé par la SNCT (le Syndicat National de la Chaudronnerie, Tuyauterie et Maintenance Industrielles) qui est un organisme professionnel régi par la loi française du 21 mars 1884.C’est une véritable institution reconnue par la Constitution française. Contrairement aux associations ordinaires, le syndicat professionnel a la "grande personnalité juridique", c'est-à-dire qu’il peut recevoir des dons et legs et ester en justice. De plus, il n’est pas soumis à la tutelle des pouvoirs publics. Une des principales missions du SNCT consiste à examiner l’état de l’art de la profession. C’est la raison d’être du syndicat. C’est aussi la raison pour laquelle le SNCT rédige les codes de construction de la profession. Il en a déjà élaboré plusieurs : 

CODAP Divisions 1 et 2 : Code de construction des appareils à pression (version française et anglaise), nouvelle édition (2010) en cours de développement ;



CODETI Division 1 : Code de construction des tuyauteries industrielles (version française) ;



CODETI Division 2 : Code de construction des canalisations de transport (version française) ;



COVAP Division 1 : Code de construction des générateurs de vapeur, d’eau surchauffée et à fluides thermiques à tubes de fumée (version française), nouvelle édition 2010 en cours de rédaction,



CODRES Division 1 : Code de construction des réservoirs de stockage cylindriques verticaux (version française et anglaise) 2007,



CODRES Division 2 : Recommandations pour la maintenance des réservoirs de stockage cylindriques verticaux (version française) 2009.

Le SNCT participe activement aux réunions des différentes instances relatives aux professions de la chaudronnerie, tuyauterie et maintenance industrielle. Il participe

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers également aux instances élaborant les règlementations et aux groupes de travail développant les normes européennes et internationales.

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PARTIE II. DIMENSIONNEMENT ET ELABORATION DES TERMES DE REFERENCES

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CHAPITRE 3 : DIMENSIONNEMENT D’UN RESERVOIR A TOIT FIXE SUIVANT LE CODRES A. CHOIX DES MATERIAUX Les réservoirs de stockage des produits pétroliers sont généralement construits en aciers pour divers raisons.en effet, les structures en aciers sont : légères, faciles à mettre en œuvre, étanches, non polluantes etc.. Cependant, il existe trois principales

familles

d’acier : acier non alliés (aucun élément d’alliage ne dépasse 0.6% sauf 1.65% pour le manganèse (Mn)), acier faiblement alliés (aucun élément d’alliage n’excède 5% en masse) et l’aciers inoxydable ou fortement alliés (contient au moins 10.5% de chrome et au plus 1.2% de carbone). Dans le présent document, nous allons nous intéresser à la dernière famille (acier inoxydable). Acier inoxydable : c’est la famille la plus importante, caractérisée par une grande résistance à la corrosion, à l’oxydation à chaud et au fluage, les aciers inoxydables sont subdivisées en 3 sous familles en fonction de leur teneur en nickel. On a : acier inoxydable ferritique : (teneur en nickel inferieur à 1%) ; Caractéristiques : usinabilité médiocre, soudable dans certaines conditions et une faible résistance à la rupture… Applications (équipement ménagers, décorations, automobile, mobiliers…) Acier inoxydable martensitique :(teneur en nickel inferieur à 7%) Caractéristiques : résiste aux chocs, bonne usinabilité, soudable à chaud et comporte de très bonne propriété mécaniques…Applications (organes et composants mécaniques diverses). Acier inoxydable austénitique :(teneur en nickel supérieur ou égale à 7%) caractéristiques : c’est le utilisé résiste aux températures élevées, une faible conductivité thermique, facile à forger et à souder, ductilité élevée. Applications (chimie alimentaire, transport, nucléaire, chaudronnerie, cuves, réservoirs, conduites vanne visserie…). Il est évident que pour la constructions de notre réservoir nous allons choisir l’acier inoxydable austénitique parce qu’il a une bonne soudabilité, faible conductivité thermique et de bonne propriétés mécaniques et une grande résistance à la corrosion.[6] CONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email :[email protected]

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Tableau 3.1 caractéristique des matériaux Nuances

caractéristiques Résistance conventionnelle à 0,2% :Re,02 Résistance conventionnelle à 1%:Re,01 Résistance élastique :Re Résistance à la rupture:Rm

X2CrNiMoN18-12-4

Unités 270 MPa 310 MPa 235 MPa 625MPa

B. LES HYPOTHESES DE CALCULS H1 : Nous allons limiter notre étude uniquement sur la partie de la structure métallique. H2 : nous allons prendre la surcharge d’exploitation à 500Kg/m2 imposé par le cahier de charges H3 : la vitesse du vent du site d’implantation est de 5Km/h, mais nous allons prendre 86,4Km/h. parce c’est la vitesse minimale prise en compte par les normes au vent H4 : nous allons négliger le poids des conduites fixés sur la structure. H5 : nous allons prendre la pesanteur égale 10 m/s². H6 : température d’étude 50°C imposé par le cahier de charges H7 : pour le calcul de seime nous allons considérer notre site zone sismique de catégorie ‘’risque normale’’ (zone Ia ; classe B type C) site recommandé par le CODRES lorsqu’on n’a pas les informations du site ne sont pas connues

C. MODELISATION DU RESERVOIR AVEC LES EFFORTS APPLIQUES Dépression + surcharges d’exploitation

A Poids du liquide et de la structure vent

14m Pression C 24m

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers Figure 3.1 modélisation du réservoir

D. METHODE DE DIMENSIONNEMENT Nous allons utiliser la méthode analytique proposée par le code construction CODRES. Mais pour la fiabilité et la rapidité de l’obtention des résultats, nous avons conçu un programme avec le logiciel Microsoft Excel (paragraphe S). Il suffira que l’operateur choisisse les caractéristiques spécifiques de sa structure et le programme se chargera du reste. Dans le présent document, tous les résultats des calculs sont issus de ce programme. Par ailleurs, pour le calcul de la charpente, nous allons effectuer un pré-dimensionnement qui est également intégré dans le programme. Pour la vérification de l’épaisseur de tôle de robe, nous allons utiliser la théorie de coque mince.

E. DIMENSIONNEMENT DE LA ROBE a) Détermination de la pression d’étude Calcul de la pression dynamique maximale : Pmax =

→

= 880 ∗ 10 ∗ 14 = 1,232

Pression atmosphérique Pa=1,013bar Pression

effective :

Pef :

=

−

→

= 0,219

= 219

D’après le paragraphe G2.1 : [2] Pour une telle pression effective, la pression d’étude à considérée est : P=60 mbar et la dépression d’étude 5 mbar. Le programme établi dans Excel nous permette de calculer les épaisseurs de tôles de robe. D’après la section C3.3 [2] Epaisseur requise pour les conditions d’études

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers b) Calcul des épaisseurs de viroles

Figure 3.2 réservoir avec hauteur de virole

Epaisseur requise pour les conditions d’étude

=

20

(98 (

− 0,3) + ) + [ ] ( . )

Tableau 3.2 les épaisseurs de viroles d’étude Virole de robe Virole 1 Virole 2 Virole 3 Virole 4 Virole 5 Virole 6 Virole7

Epaisseur calculée en mm 11,068 9,747 8,426 7,105 5,784 4,463 3,142

Epaisseur choisie en (mm) 12 10 10 8 8 6 6

Epaisseur requise pour les conditions d’essai

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18

Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers (98 (

=

)

− 0,3) +

Tableau 3.3 les épaisseurs de virole d’essai

Epaisseurs calculée en mm 7,957 6,795 5,634 4,473 3,331 2,149 0,988

Viroles de robe Virole 1 Virole 2 Virole 3 Virole 4 Virole5 Virole 6 Virole 7

Epaisseur choisie en mm 12 10 10 8 8 6 6

c) Calcul des raidisseurs de la robe Détermination du nombre de raidisseur D’après la sous section C3.4.2.5 [2] on a : comme résultats = =

,

95000 ( . ) 3,563 ∗ + 580

= 19,18 mm

∗

=⅀ =⅀





= (

)

(3.4)

= 3,90m

emin : Épaisseur minimale de la virole haute, en mm e = Épaisseur nominale de chaque virole considérée, en mm h = Hauteur de chaque virole considérée au-dessous de la poutre principale, en m. =

=

(

e ( ) D



=



) ,

=

,

( . )

= 14,38m ( . )

= 0,271 =0

Le réservoir ne nécessite aucuns raidisseurs

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers d) Calculs des contraintes et de la déformée sur la robe i. Détermination des contraintes

Figure 3.3 réservoir modélisé en coque cylindrique Il s’agit ici de faire un calcul statique du réservoir cylindrique vertical rempli de gasoil soumis à des contraintes extérieures, afin de déterminer les contraintes et les déplacements exercés sur le réservoir au niveau des zones les plus sollicitées. Pour cela, les conditions suivantes doivent être satisfaites (analyse par la théorie de la membrane):  Conditions aux limites appropriées pour la transmission des contraintes de coque aux appuis sans effets de fléxion ;  Géométrie de coque variant de forme en continu (sans discontinuités) ;  Répartition régulière des chargements (sans charges ponctuelles ou concentrées locales). Nous utiliserons les résultats de l’analyse par la théorie membranaire appliquée aux coques minces pour nos différents calculs. [7] La pression hydrostatique induit en effet un état de contrainte bi axial purement membranaire, si l’on néglige les effets de couche limite ou les composantes de flexion engendrées par les conditions aux limites (Figure 3.3). [7] Les contraintes résultantes de la mise en pression sont données par : Contrainte circonférentielle : Contrainte axiale :

σθ = σ =

= =

ρ

ρ

( . ) ( . )

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers Résultats des calculs des contraintes sur la robe sont récapitulés entièrement dans la seconde feuille du pro-logiciel. Ce calcul est effectué avec un pas 0,01m soit 14m 0 ≤ z ≤ H, z = 14m. Le calcul ici se fait dans le programme excel. Mais dans le tableau 3.5 ci-dessous nous avons juste ressoti la contrainte maximale sur chaque virole. ii. Détermination de la déformée

Figure 3.4 : déformée de la robe Tableau3.4 caractéristique du matériau matériaux acier

Propriétés Module de Young Coefficient de poisson

valeurs 195 000 MPa 0, 3

Caractéristique du matériau à la température d’étude(50°C) Conditions aux limites :

Le réservoir est simplement posé sur le radier (z=0) ; U=0 ; w= wmax on a les appuis surfaciques articulés Par contre à z=H c’est un bord cintré libre ; u=Umax ; w=0 : c’est l’épaisseur équivalente de toute la structure. Nous avons pris l’épaisseur minimale de 6mm elle correspond à celle des des dernières viroles

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Tableau 3.5 récapitulatif du poids de la charpente

Nom

Profilé

nombre

Longueur(m)

Chevron

IPE240 L100x10 L80x8 L60x6 L50x5 Tôle

40 40 40 80 32 /

12 1,542 1,208 1,44 2,515 /

Entretoise contreventement Toiture

Poids linéique (Kg/m) 30,7 17,9 9,63 5,42 3,77 / total

Masse(t) 13,262 1,104 0,465 0,624 0,303 23,506 39,24

Condition de chargement : On a

: charge axiale due au poids de la charpente et celui du produit =

L’effort intérieur

=

+ 392,4 →

= 3981 + 392,4

= 52,8 + 5,23

: Charge circonférentielle due au vent et à la pression hydrostatique du gasoil (

=

= = = =−

→ = =

) = 5,04 − 10,56

−

1

1

(

(

) ( . )

−

) ( .

−

=

=

1

(26,4

(

−

)=

=

26,4 = 9,5.10

)

+ 5,23 )

(26,4 − 3,47)

Par ailleurs nous avons implémenté u et w dans la deuxième feuille du pro-logiciel afin de recueillir les valeurs maximales

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Tableau 3.6 vérification des contraintes appliquées sur la robe viroles

Contraintes Epaisseurs maximales choisies appliquées (mm) chaque virole(MPa)

(rad) Virole 1 Virole 2 Virole 3 Virole 4 Virole 5 Virole 6 Virole 7

12 10 10 8 8 6 6

126,72 126,61 105,60 105,5 79,06 70,20 35,02

63,36 63,31 52,80 52,73 39,5 35,11 17,51

Contrainte admissible (MPa)

Déformées sur max

Umax (m)

Epaisseurs retenues (mm)

Wmax (m)

0,0095 0,0042 0,0035 156,67

12 10 10 8 8 6 6

Figure 3.4 réservoir avec les épaisseurs des viroles

F. DIMENSIONNEMENT DE La TOLE DE FOND DU RESERVOIR D’après la section C2.3 [2] on la formule permettant de calculer l’épaisseur de la tôle de fond CONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email :[email protected]

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers ≥

3+

3

; 6} ( .

D’après le calcul effectue par le programme Excel



) = 8,69

Epaisseur choisie : 10 mm

a) Calculs et vérications des contraintes sur la tôle de fond La tôle de fond subie une contrainte axiale, due à la pression du poids du liquide par contre la contrainte radiale est nulle

. =

=

= 147,8

( .

)



Tableau 3 .7 vérification des contraintes appliquées sur la tôle de fond

Epaisseur choisie (mm)

Tôlede fond

10

Contraintes maximales Contrainte appliquées sur le admissible fond(MPa) (MPa) 147,8

0

Epaisseur retenue (mm)

156,67

10

G. DIMENSIONNEMENT DE LA TOLE DE TOITURE D’après la sous section C4.2 [2] On a : =

+

=7

( .

D’après le calcul effectue par le programme Excel

)

=7mm

Epaisseur choisie : 10 mm a) Calculs et vérifications des contraintes sur la tôle de toiture

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers La tôle de la toiture subie une contrainte surfacique générée par la surcharge d’exploitation. (Ps=5KN/m²) et le vent 0,43KN/m² =

= 7,2

( .

)

Tableau 3.8 vérification des contraintes appliquées sur la tôle du toit

Epaisseur choisie (mm)

Tôle de toiture

10

Contraintes maximales appliquées sur fond(MPa)

Contrainte le admissible (MPa)

7,2

Epaisseur retenue (mm)

156,67

10

0

H. VERIFICATION DE LA CHARPENTE

Figure 3.5 Vue D’ensemble de la charpente

1

2 CONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email :[email protected] 3

25

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1 : chevron

2 : contreventement ; 3 : entretoise

Figure 3.6 : Détail palier stabilité a) Descente de charge

M= 39,24tonnes 1=

⤍G1=392,4KN =5

Surcharge d’exploitation :

/ ²

Pression d’étude : p=6kN /m2 Dépression d’étude Pd =0,5kN /m² Vent : site normal

+0,5

+0,5

-0,4

-0,3

Figure 3.7 modélisation du vent sur le réservoir [1] (D’après la formule de BERNOUILLI [8]) = Vent :

=

,

v ( . 16,3

)

= 0,36KN/m2

= 2,5 ∗

+ 18 ( . + 60

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)

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=0,4KN/m2

= 2,5 ∗ = 1,2 ; (

−

) = 0,9 =



∗(

=

−

∗(

−

) ( .

)

) = 0,41KN/m2

Combinaisons d’actions: d’après la sous-section CA7.6-1 : [2] voir Tableau A.6 en annexe. Tableau 3.9 combinaison des charges Combinaison1 1,35G1 529,74KN Cambinaision2 1,35qv+1,35qe +1,35Pd 4,63KN/m² Combinaison3 1,35qv+1,35qe-1,35P -2,92KN/m² Source : [2]

La combinaison deux est la seconde combinaison la plus défavorable après la combinaison la première b) modélisation et calcul de la ferme En pré-dimensionnement, nous avons choisi l’IPE 240 comme profilé de chevron D=24m; h=2,06m; =

,

= 26,49

= 9,6° l=12,2m; dmax=1,7m = 4,63 × 1,7 = 7,87

;

/

G

L

h θ Figure 3.8 modélisation de la ferme

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Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers La structure étant symétrique nous allons étudier un seul coté, puis déduire le comportement du second coté.

B z x A Figure 3.9 du chevron

Le système est hyperstatique : =

+ 2 − 3 ( .

)

=5+2×0−3×1=2

B

X2

z X X1 Figue 3.10 présentation des inconnues sur la figure Equation canonique :



=∫

²

;

=∫

+



+ ²

+

= 0 (3.17)

+∆ =0

; Δ

=∫

×

=

=

.

;

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Determination:

HB B

z

VB

X A VA

Figure 3.1 système d’équilibre :−

sin −

cos +

:

cos −

sin −

↺ : − =

6

² + 6 +

2

−

2

cos ;

2 2

cos =

sin

=0

cos −

2

+

=0

=0

3 cos

;

= tan

0≤

3

−

2

cos

≤

MP

x

Z

x

VA

Figure 3.12 détermination du moment

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29

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( ) =

² 3

−

3

HB

VB Z

X

=1 VA

Figure 3.13 détermination des forces unitaires suivant l’inconnue = tan ;

= 0;

=

1 cos

↷

x

Z x

1 VA

Figure 3.14 Détermination du moment unitaire suivant l’inconnu

+

cos −

sin

=0

=0

HB VB L Z

x VA

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30

Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers

Figure 3.16 détermination des forces unitaires suivant l’inconnue =

1 ; cos

1 = ;

=

tan

↷

x Z

X VA

Figure 3.17 Détermination du moment unitaire suivant l’inconnu = =

=

=0→

=−

=

;

−

;Δ

=

;→

²

=−

Déterminations des efforts mécaniques internes :

( )= ( )=

−

×

;

+

→

( )=

² 3

−

4



( ) = tan

Notre programme nous a permis de déterminer les efforts intérieurs maximaux consignés dans le tableau ci-dessous Tableau 3.10 caractéristiques des efforts et contraintes appliqués sur le chevron Efforts Effort normale Effort tranchant Moment fléchissant

Min 2263,87N -22615,39N -30531Nm

Max(N) 14179,15 N 122364N

Contraintes max 3,63Mpa 31,3Mpa En X : 167,35MPa EN Y : 83,68Mpa

54277,56N.m

c) Vérification du chevron D’après le paragraphe CA.7.7 [2] Limite d‘élasticité à 0,2% :

,

= 270

i. Vérification en Compression: =







= 3,63

CONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email :[email protected]

31

Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers ≤ 3,63

≤ 270

( .

,





′

240



)



ii. Vérification au Cisaillement : 1,54 ≤ = 1,54 = 1,54 ≤ 270





= 48,2

′

240

,

( .

≤ 270

=

)

,



iii. Vérification au flambement : ×

= = 120,28 < 200

≤

( .

)

= ≤ 200 ( .

)

,

é



.

Contrainte critique d’EULER : ∗

= ∗

=

( .

)

= 143,27

Coefficient de flambement : ,

= 0,5 + 0,65 ×

= 0,5 + 0,65 ×

,

+

+

,

0,5 + 0,65 ×

,

0,5 + 0,65 ×

,

−

,

−

( .

)

= 1,84

D’après la formule (3.20) =

×

= 6,67

≤

,





′

240





iv. Vérification à Flexion simple: [2] 0,9 × = 0,9 ×

= 150,06MPa ≤

,





≤ ′

240

,

( .





)

é

v. Vérification à Flexion composée :

CONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email :[email protected]

32

Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers Détermination du coefficient de déversement : =

Avec

=

( 1 + 0,156

( .

)

=

)

( 1 + 0,156

)=3569,91 ;

,

= 0,5 + 0,65 ×

,

= 0,5 + 0,65 ×

+

+

,

0,5 + 0,65 ×

0,5 + 0,65 ×

=

,

=

∗

=

∗

,

−

,

−

( .

)

= 35,36

= 9,9 × 10 ∗

=



), ( .

= 158,08

MPa avec

( . ∗

=

( .

)

)

= 488 ; Avec : C=0,58 ; β=3 car profilé encastré et

charge uniformément repartie confère tableau A.6 en annexe. 9 8 9 8 260,67

≤ 270

+ =

+

+ ,





+

≤

,

( .

)

= 260,67 ′

240







é

vi. Vérification de la flèche : ≤

( .

CONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email :[email protected]

)

33

Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers

200 D’après [9] [ ] P.414 f

f

=

=

= 0,06 06

,

qll = 0,0609m 0 0609m 0610 0610 0609m → 0,0609m 0609m 0609m ≤ 0,0610 327 8EI 327,8EI

è ℎ

é

é

d) Modélisation et calcul de l’entretoise section= =691 En pré-dimensionnement pré dimensionnement, dimensionnement nous ous avons choisi la cornière L60X6 L60 6 ; section 691mm² mm² et le moment quadratique I=2,279X10-77m44. Nous supposons que toutes toute les charges appliquées vent dépression et llee poids propre sur l’entretoise sont verticales (surcharge d’exploitation, vent, de la charpente). On a : G= G=392,4/452,4=1,17 392,4/452,4=1,17KN/m 392,4/452,4=1,17KN/m2 ; l=1,53m distance entre entretoise entretoisess est de 2,149m KN/m ;q=(4,6 3+1,17x1,35)x2,149=13,34 Ainsi : q1=4,6 4,633KN/m KN/m² ;q=(4,63+1,17x1,35)x2,149=13, 3+1,17x1,35)x2,149=13, 34KN/m KN/m D’après le plan zoy

Z Y L Figure 3.18 modélisation de l’entretoise

Z Y

HB A

HA

B VA

VB Figure 3.19 système d’équilibre

∶ ∶

+

−

−

=0

=0

CONCEPTION ONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email ONCEPTION,NGOMBA +237696831370,Email :[email protected] [email protected]

34

Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers ↺:

− =

+

=0→

=

=

= 1 ,2

=0

Action mécanique interne :

0≤

≤

VA

T

Figure 3.20 déterminations des efforts mécaniques internes

- +

=0→ ( )=

−

− ( )=

2

−

2

Tableau 3.11 caractéristiques des efforts et contraintes appliqués sur l’entretoise Efforts Effort normale Effort tranchant Moment fléchissant

Min 0 KN -14,979 KN -5,688 KN.m

Max(KN) 0 KN 14,979 KN 0 N.m

Contraintes max 0 Mpa 21,67Mpa En X : 105,82 MPa EN Y : 105,82Mpa

i. Vérification au cisaillement : D’après la formule (3.19) 1,54 ≤ =





≤ 270

;



33,38



,



= 21,67 ∗ 1,54 = 33,38 ≤ 270 =

,

é 60 6





ii. Vérification en Flexion simple: D’après la formule (3.24) 0,9 ×

≤

,

CONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email :[email protected]

35

Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers =

= 22,79 × 10

= 0,9 ×



= 95,24MPa ≤

.

= 0,0239 ,

:



è







iii. Vérification de la flèche : Après la formule (3.31)

≤

;

= 0,007 ; → 2,9

=

≤ 0,007

= 3,97 × 10 è ℎ



é

e) Modélisation et calcul du contreventement Comme profilé de contreventement nous avons choisie la cornière L50X5

Figure 3.21 palier de stabilité de la charpente

Figure 3.22 vue de detail du palier de stabilité La surface de reprise A=2X2,149=4,29m² Vent +dépression=1,35X(qv+Pd)=1,242KN/m² F=Axq=5,328KN

CONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email :[email protected]

36

Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers θ = 35,4° ; Section du profilé s =480 mm²

Z

x Figure 3.23 calcule de l’effort normal appliqué au contreventement

Vérification de cornière du contreventement

σ=

N ( . S N =

σ=

)

F = 6,53KN cos θ

N = 13,62MPa → σ ≤ 235MPa ok la cornière L50x5 vérifie S

I. VERIFICATION DE LA RESISTANCE AU SOULEVEMENT D’APRES LA SECTION C7 DU CODRES Il est nécessaire de prévoir l’ancrage des réservoirs à toit fixe si la robe et la tôle de fond à proximité de la robe sont susceptibles de se soulever de leur fondation ou si des risques d’instabilité de la robe peuvent apparaitre lorsque le poids effectif à l'état corrodé du toit, de la robe et de leurs accessoires permanents ainsi que, le cas échéant, le poids de la charpente autoportante et/ou le poids de produit résiduel, ne peut s'opposer aux effets de la pression intérieure d'étude, du vent et le cas échéant du séisme. Sauf disposition particulière spécifiée à la commande et pour les situations où seuls le vent et la pression sont concernés il n’est pas nécessaire d’ancrer un réservoir si les deux critères ci-dessous sont respectés :

CONCEPTION,NGOMBA JEAN,TEL :+237696831370,Email :[email protected]

37

Guide de Conception des réservoirs cylindriques verticaux pour le stockage de produits pétroliers 0,6

+