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DEKRA Process Safety
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Les soupapes et disques de rupture font partie des barrières les plus employées dans l’industrie de procédé. Ils peuvent assurer la protection de réacteurs, de réservoirs de stockage, de colonnes à distiller, de sécheurs ou d’autres équipements de procédé. Lorsqu’ils sont conçus et exploités correctement, de tels systèmes peuvent être un bon compromis coût / fiabilité.
Un dimensionnement correct, une maintenance et une inspection rigoureuse de ces systèmes d’évacuations des surpressions sont essentiels pour assurer la sécurité du personnel et de l’environnement et pérenniser la disponibilité des installations. Cependant, nous continuons à observer des incidents qui mettent en jeu des défaillances pouvant survenir tout au long du cycle de vie de ces systèmes.
Les disques de rupture & soupapes doivent être dimensionnés par rapport à l’équipement concerné, mais aussi vis à vis du procédé mis en jeu (produits, conditions opératoires, dangers propres, ...); une taille « standard » sélectionnée par une ingénierie ou fournisseur d’équipement sera souvent insuffisante, à moins que tous les aspects aient été entièrement pris en compte.
Le dimensionnement doit tenir compte de tous les scénarios crédibles de génération de pression, y compris les réactions d’emballement thermique, les décompositions chimiques ou l’incendie extérieur, ainsi que des scénarios de surpression physique (défaillance des systèmes de contrôle, perte d’électricité, dilatation thermique de liquides...).
L’état de l’art des méthodes de conception et dimensionnement des disques de rupture et soupapes de sécurité est basé sur différentes normes internationales
Et sur les travaux du Design Institute for Emergency Relief Systems (DIERS) – dont DEKRA PROCESS SAFETY est membre.
[1] ISO 23251 :2006 supplements the practice forth in ISO 4126 (all parts) or API RP 520 & 521
[2] This International Standard was developed from the 5th edition of API Std 2000 and EN 14015:2005
Identification des scénarios dimensionnants
Certains scénarios – tel le cas feu – sont faciles à identifier, par simple inspection des schémas de procédé ou via des listes telles qu’établies dans les normes (API 521, ISO 4126-10, …). Cette approche « standard » peut ne pas être suffisante et conduire à ne pas identifier des scénarios plus sévères liés à des déviations de procédés ou à des phénomènes d’emballement ou de décomposition.
Dans la plupart des cas, l’identification des scénarios dimensionnant doit se faire via une analyse de risques formelle de type HAZOP.
Pour les systèmes réactifs, le scénario dimensionnant (celui qui génère le plus grand débit) est souvent un emballement ou une décomposition de la masse réactionnelle.
Souvent, des scénarios génèrent des débits à évacuer nettement inférieurs. Il n’est alors pas rare de protéger indépendamment l’équipement contre ces deux types – petit et grand débit via par exemple une soupape et un disque de rupture à des pressions d’ouvertures différentes. Solliciter un organe plus grand peut compromettre sa fiabilité. Dans tous les cas, il est essentiel d’identifier et de documenter tous les scénarios et calculs dans un véritable « dossier soupapes » – qui s’avèrera très utile dans le cadre de modifications.
Tout organe d’évacuation conçu pour protéger contre un événement exothermique nécessite certaines données minimales pour permettre d’effectuer un dimensionnement valide. Ces données décrivent la cinétique globale, les caractéristiques de thermochimie et propriétés physiques dans les conditions de la décharge. L’acquisition de ces données est réalisée via de la calorimétrie adiabatique dans nos laboratoires pour simuler la condition du phénomène d’emballement et acquérir les paramètres suivants :
Tous ces types de tests ne sont pas toujours nécessaire, le choix des données à acquérir étant déterminé par la nature de la chimie, du milieu et des conditions de procédés.
La caractérisation d’un flux monophasique ou multiphasique ne constitue pas la fin de l’étude de conception. Pour des raisons de sécurité et de protection de l’environnement, la destination de la décharge du fluide doit être étudiée. Le risque d’incident secondaire en aval doit être évalué. Les systèmes de traitement aval peuvent être constitués de séparateurs gaz / liquide, de laveurs, de catchtank ou de quench.
La conception de ces équipements de collecte est critique car leur performance conditionne celle de l’ensemble du système de décharge. Très souvent, des calculs de dispersion atmosphérique sont nécessaires pour prouver que, même dans des conditions de dispersion défavorables, les concentrations dangereuses de substances ne seront pas atteintes dans des endroits où du personnel pourrait être présent.
Qu’il s’agisse d’une soupape de sécurité ou d’un disque de rupture, le but ultime de ces dispositifs est le même : protéger certains équipements contre les surpressions, afin d’éviter un rejet non souhaité des substances et de l’énergie contenues dans l’installation.
La première étape consiste à identifier tous les scénarios potentiels qui pourraient mener à une montée en pression excessive.
Hormis les conditions d’opération normales, pour lesquelles les équipements devront être dotés d’un évent « de procédé », il peut y avoir des défaillances (évent bouché, surchauffe, etc.) qui amènent à des scénarios de surpression. Ces scénarios peuvent être identifiés en faisant une analyse de risques.
Non. En effet, mise à part des exigences réglementaires pour certains équipements, la protection d’une installation contre les surpressions ne passe pas obligatoirement par la mise en place d’une soupape ou d’un disque de rupture. L’étude des barrières les plus adaptées devra être faite au cas par cas, et devra toujours démarrer en se posant la question suivante ...
Certains documents sont essentiels et devront être gardés et maintenus à jour et à disposition pendant la durée de vie de la soupape ou du disque, que cela soit pour confirmer que son dimensionnement est correct, ou que cela soit pour pouvoir réaliser sa maintenance préventive de façon adéquate. Ces documents incluent ...
Les scénarios de dimensionnement provenant de l’analyse des risques, qui devront être clairs et apporter les données techniques nécessaires au calcul de la soupape ou du disque de rupture...
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La compréhension des réactions chimiques et de la réactivité des matériaux est un élément essentiel pour un traitement sécurisé, car les réaction exothermiques sont fréquemment rencontrées dans l'industrie de procédés.
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