L’industrie des procédés repose sur des systèmes de sécurité sophistiqués pour protéger les travailleurs, l’équipement et l’environnement contre des accidents potentiellement catastrophiques. Un processus de sécurité bien conçu doit répondre à des exigences strictes, en garantissant que des déviations des conditions de fonctionnement, telles que des pressions ou températures excessives, sont détectées et corrigées rapidement. Lorsque les systèmes de contrôle échouent, il est impératif que des dispositifs de protection supplémentaires prennent le relais pour éviter toute propagation de la déviation. Ce processus de sécurité s'articule généralement autour de deux niveaux distincts de protection.

Le premier niveau de protection est constitué par des systèmes tels que le système d'arrêt d’urgence (ESD - Emergency Shutdown). En cas de déviation des paramètres du processus, comme une pression trop élevée ou une température trop basse, l'ESD intervient pour arrêter le processus de manière contrôlée, limitant ainsi les risques d’accumulation et de dégradation du système. Par exemple, dans des situations extrêmes telles qu’un incendie ou un tremblement de terre, un arrêt d’urgence à haut niveau active des dispositifs de protection additionnels comme des vannes de décharge (BDV) pour alléger la pression. Cette action empêche tout déversement incontrôlé de substances dangereuses, tout en isolant les sections du système défectueuses.

Le deuxième niveau de protection est constitué des dispositifs comme les soupapes de sécurité (PSV) qui assurent la protection ultime contre les ruptures d’équipement dues à des surpressions. Si les premiers dispositifs de sécurité échouent, ces vannes permettent de libérer des fluides combustibles ou toxiques dans des zones sécurisées, souvent vers des torchères. Ces mécanismes de secours sont essentiels pour maintenir l'intégrité des équipements face à des accidents graves.

Prenons l’exemple d’un séparateur en cas de condition de surpression. Le capteur de pression haute (PSH) constitue la protection primaire en coupant l'entrée lorsque la pression devient trop élevée. Si ce dispositif échoue, la soupape de sécurité (PSV) prendra le relais en offrant une seconde protection. De même, pour des fuites de gaz ou de liquides, des capteurs de pression et de niveau (PSL, LSL) coupent les entrées et empêchent le reflux de fluides, assurant ainsi la sécurité primaire. La détection de fuites de gaz avant un incendie devient aussi une forme de protection secondaire, permettant de réagir rapidement avant qu’une combustion ne se produise.

Il est essentiel de concevoir un système de sécurité avec des protections adaptées aux différentes conditions de fonctionnement. La protection primaire se doit d'être réactive et immédiate, tandis que la protection secondaire intervient lorsque la première a échoué ou ne peut plus être efficace. Les deux systèmes doivent être conçus indépendamment, en utilisant des dispositifs aux fonctions variées pour limiter les risques de défaillance simultanée. Par exemple, un capteur de pression élevé (PSH) et un capteur de pression faible (PSL) offrent deux niveaux de protection pour prévenir la rupture de l'équipement due à des surpressions, chacun avec des temps de réponse et des modes d’action différents.

L’analyse de la sécurité du processus repose sur des méthodes éprouvées et des pratiques d’ingénierie acceptées pour déterminer les exigences minimales de sécurité des équipements. Ces méthodes garantissent que les équipements sont conçus pour supporter les pires conditions d’entrée et de sortie possibles, minimisant ainsi les risques d’échec. Une analyse systématique permet de déterminer les dispositifs de sécurité nécessaires pour chaque équipement, en tenant compte des conditions spécifiques de chaque installation.

Cependant, il est crucial de comprendre qu’un dispositif de sécurité unique ne suffit pas à garantir la sécurité d’un processus. La combinaison de dispositifs de sécurité, correctement dimensionnés et bien coordonnés, constitue la clé de la protection globale. L’isolement de chaque équipement défectueux, la réduction des risques de propagation de la déviation et l’interconnexion des systèmes de sécurité doivent être intégrés dès la phase de conception. Par exemple, en cas de fuite d’huile ou de gaz, un dispositif de collecte des déchets (comme un réservoir de récupération d’huile) doit être inclus pour assurer la sécurité avant même que la pollution ne se produise.

En outre, la sécurité du processus ne dépend pas seulement de la détection des anomalies, mais aussi de l'interaction harmonieuse entre les différents éléments du système de protection. Lorsqu’une déviation se produit, chaque niveau de protection joue un rôle précis, que ce soit pour limiter les conséquences immédiates ou pour protéger les équipements à plus long terme. Ces protections doivent fonctionner sans intervention de l'opérateur dans un contexte de défaillance. La sécurité, dans ce sens, repose sur une gestion intégrée des risques et des pannes possibles, où chaque dispositif joue son rôle de manière complémentaire.

Ainsi, une analyse approfondie de la sécurité des processus industriels ne doit pas seulement se concentrer sur les défaillances immédiates, mais aussi sur la manière dont chaque élément du système de sécurité interagit pour éviter des catastrophes à long terme. Ce type d’analyse garantit une protection complète et une résilience des installations face aux incidents, assurant ainsi la sécurité des travailleurs et la préservation de l’environnement.

Comment concevoir des systèmes de décharge de pression sûrs et efficaces pour les installations industrielles

Dans la conception des systèmes de décharge de pression, un des défis majeurs réside dans la gestion des mélanges de fluides en phase liquide et gazeuse. L'entrée de phase gazeuse dans la phase liquide peut entraîner une augmentation du débit du liquide, ce qui met en péril l'intégrité des canalisations du système de torchère et de ventilation. Cela est particulièrement vrai lorsque des mélanges de produits chimiques incompatibles sont impliqués, car leurs réactions peuvent générer des températures ou des pressions excessives, endommageant ainsi les équipements de décharge. Face à ces risques, il est crucial de prendre en compte plusieurs facteurs dans la conception du système, afin de garantir la sécurité de l'installation et de prévenir tout incident.

Il est donc recommandé, dans les cas de mélanges de fluides, de séparer les systèmes de ventilation des torchères sèches et humides. Lorsque deux flux se mélangent et peuvent produire des solides ou des changements chimiques ou physiques dangereux, il devient nécessaire de maintenir ces flux séparés. Cette séparation est également impérative lorsque le mélange de deux matériaux entraîne une augmentation significative de la taille des canalisations ou requiert un matériau de tuyauterie de plus grande résistance. En règle générale, il est préférable de séparer le liquide déchargé du gaz déchargé. Pour les flux contenant des liquides, il convient d'installer une installation de séparation, ainsi qu'un système spécifique pour la phase liquide, avec une attention particulière aux matériaux susceptibles de geler ou ayant une viscosité élevée à des températures supérieures à 0°C.

Le cas des flux de propane et de butane liquides déchargés mérite une attention particulière. En effet, cela peut entraîner un flux bifasique « froid », qui nécessite un système de torchère conçu pour supporter des liquides à basse température. Si ce type de liquide est présent, un chauffage doit être prévu pour vaporiser ce fluide et répondre aux exigences spécifiques de scellement de ce milieu froid. En outre, un système de torchère séparé pour ces liquides « froids » est recommandé, et ces systèmes ne doivent être fusionnés qu'une fois leur compatibilité confirmée, en prenant en compte les installations nécessaires à l'évaporation des liquides dans les réservoirs de séparation.

Une fois ces principes de conception compris, il est important de prendre en considération l'usage des systèmes de protection contre la pression (HIPPS) qui sont désormais inclus dans les dernières versions des normes, comme la norme API Std 521. Ces systèmes, qui reposent sur des instruments de haute intégrité, permettent de limiter ou d’éliminer les conditions de décharge et de réduire ainsi la charge de décharge sur le système. En effet, les HIPPS peuvent isoler des sources de haute pression et éviter l'entrée de flux bifasiques dans les dispositifs de décharge, limitant ainsi les risques pour le système de torchère.

Un autre aspect essentiel à prendre en compte lors de la conception du système de décharge est la mise en œuvre du « dégazage progressif » ou « stepwise venting ». Ce procédé consiste à ouvrir successivement les vannes de décharge, réduisant ainsi les pics de décharge initiale et permettant de mieux contrôler le dimensionnement du système de ventilation. Cette méthode est particulièrement efficace pour limiter l'ampleur des décharges dans le cas d’accidents, en particulier dans les stations existantes où l’on cherche à optimiser les systèmes de décharge déjà en place.

Enfin, dans l’analyse opérationnelle du système de décharge, il est crucial de prendre en compte l’ensemble des raisons d’installation d’un système de ventilation. Celles-ci incluent des raisons opérationnelles, de maintenance et d'urgence, chacune nécessitant une attention particulière pour garantir une gestion sécurisée des substances inflammables et dangereuses. Les stations de traitement des hydrocarbures doivent être capables de gérer à la fois les charges de décharge sous conditions normales, les situations de maintenance, ainsi que les scénarios d’urgence où des substances doivent être évacuées de manière sécurisée pour éviter des risques pour l’équipement et la sécurité des opérateurs.

Une bonne analyse des charges de décharge doit non seulement prendre en compte les décharges simultanées des dispositifs sous différentes conditions d’exploitation, mais aussi évaluer le débit de gaz en fonction des éventuels autres dispositifs de décharge automatique et manuel. De plus, la taille des vannes de décharge doit être dimensionnée en fonction des volumes de gaz à décharger, en tenant compte de l’impact de la commande des instruments qui peut réduire ces volumes.

L’optimisation du système de décharge ne doit pas seulement reposer sur des considérations techniques, mais aussi sur des simulations réalistes des charges, prenant en compte les différentes configurations possibles de décharge dans des conditions réelles d’exploitation. Un dimensionnement rigoureux, basé sur des données actualisées et une gestion précise des équipements de décharge, est ainsi essentiel pour garantir la sécurité des installations et éviter les défaillances graves en cas d’incidents.

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