Quelle est l'importance des systèmes de protection pour les réservoirs de stockage de pétrole brut ?

Les réservoirs de stockage de pétrole brut doivent être protégés par un système de ventilation de taille appropriée afin d'éviter les surpressions et les pressions négatives. Le API Std 2000 Venting pour les réservoirs de stockage atmosphériques et à faible pression sert de guide pour calculer la taille de ce système de ventilation. Un dispositif d'arrêt de flamme (flame arrester) doit être installé dans le système de ventilation afin d’empêcher toute explosion en retour (backfire). Une fois qu'une surpression se forme, la protection est assurée par un capteur PSH, qui interrompt rapidement l'entrée du fluide dans le réservoir. Lorsque la fuite dans le réservoir devient suffisamment importante pour dépressuriser celui-ci, le capteur PSL détecte la valeur réglée et coupe l'alimentation en fluide. Le PSV permet de dépressuriser le réservoir de pétrole brut en cas de défaillance du capteur PSH.

Les réservoirs de stockage de pétrole brut doivent également être protégés contre les débordements et les fuites. Un capteur LSH doit être installé pour couper l'entrée de fluide et empêcher les débordements. Si le réservoir est équipé d'un élément chauffant capable de supporter une surchauffe, un capteur LSL doit être installé pour couper la source de chaleur. L'entrée du fluide doit être coupée par le capteur LSL pour prévenir toute fuite, sauf si le niveau du liquide dans le réservoir de stockage de pétrole brut n'est pas maintenu automatiquement. Lorsque l'entrée normale de liquide risque d’interférer avec la détection de fuite du capteur, il est préférable d'utiliser un système de collecte et d'évacuation des liquides fuyants plutôt que d’utiliser un capteur de faible niveau. Le capteur LSH doit être placé suffisamment haut au-dessus du niveau de liquide le plus élevé en service pour éviter une coupure accidentelle, mais l’espace au-dessus du capteur doit être suffisant pour accueillir le liquide entrant pendant la coupure. Le capteur LSL doit être placé suffisamment bas sous le niveau de liquide le plus bas en service pour éviter une coupure accidentelle. Dans les équipements chauffés par des tubes de feu, le capteur LSL doit être installé au-dessus des tubes de feu.

Pour protéger les réservoirs de stockage de pétrole brut contre la surchauffe, un capteur TSH doit être installé afin de couper la source de chaleur lorsque le fluide du processus surchauffe. Les capteurs de température, à l'exception de ceux à fusible ou de contact de surface, doivent être installés dans des gaines de thermocouples afin de faciliter leur retrait et leur essai. La gaine de thermocouple doit être installée dans un endroit facilement accessible à l’opérateur et doit être immergée dans le fluide chaud. Si la source de chaleur ne peut pas entraîner une surchauffe, l’installation d’un capteur TSH n’est pas nécessaire.

Les compresseurs sont des dispositifs essentiels dans le transport des hydrocarbures gazeux au sein du système de production. Ces compresseurs et leurs moteurs principaux sont généralement équipés de dispositifs de protection pour éviter des dommages mécaniques. En cas de surpression, de fuite ou de surchauffe, qui peuvent perturber le fonctionnement normal du compresseur, des dispositifs de sécurité doivent être installés pour garantir le bon fonctionnement et la sécurité de l’équipement. Il est recommandé d’installer des capteurs PSH, PSL et PSV sur chaque pipeline d'aspiration et de décharge du compresseur, sauf si chaque source d’entrée est déjà protégée par un capteur PSH ou PSL. Les capteurs PSH et PSL doivent également être installés sur chaque pipeline de décharge. Un capteur PSV doit être installé sur chaque pipeline d’aspiration, sauf si chaque source d’entrée est déjà protégée. Un capteur PSV doit également être installé sur chaque pipeline de sortie du compresseur, sauf si le compresseur est de type cinétique et ne génère pas de pression excédant la pression maximale autorisée du compresseur ou du pipeline de décharge.

Pour éviter le reflux, des vannes anti-retour (FSV) doivent être installées sur chaque pipeline de décharge finale. En outre, si le compresseur est installé dans un bâtiment mal ventilé ou dans un espace clos, un détecteur de gaz (ASH) doit être installé pour couper toutes les entrées de fluides et gaz de carburant, et ventiler le compresseur. Il est également nécessaire d’installer des capteurs de température (TSH) pour protéger les cylindres et les caisses du compresseur. Ces capteurs doivent interrompre les pipelines de fluide et de gaz de carburant pour protéger les équipements en cas de surchauffe.

Comment choisir et classer les soupapes de sécurité dans l'industrie pétrochimique : un guide technique

Dans le cadre de la protection des équipements contre les accidents de surpression, en particulier dans les entreprises pétrochimiques, il est essentiel de comprendre les différents types de soupapes de sécurité et les principes qui régissent leur sélection. La norme ASME et les autres référentiels industriels, comme l'API Std 521, établissent des critères spécifiques pour garantir la sécurité des systèmes sous pression. Il est crucial de noter que bien que le terme "soupape de sécurité" soit couramment utilisé, il désigne souvent, dans le contexte des installations pétrochimiques, des dispositifs de protection contre les surpressions liés à la vapeur ou au gaz, tandis que le terme "soupape de décharge" est réservé aux fluides incompressibles.

Les soupapes de sécurité, quel que soit leur type, sont des dispositifs essentiels permettant de protéger les réservoirs et les tuyaux contre les risques d’excès de pression. Cette protection est primordiale dans un environnement où les pressions élevées peuvent entraîner des accidents catastrophiques. Cependant, il faut noter que les recommandations de sélection des soupapes de sécurité contenues dans ce texte concernent exclusivement les installations pétrochimiques et ne s'appliquent pas aux autres industries. Une compréhension claire des paramètres techniques est nécessaire pour une installation efficace.

Terminologie et concepts fondamentaux

Certains termes techniques sont essentiels pour comprendre le fonctionnement des soupapes de sécurité. Parmi eux, on trouve :

• Zone de décharge effective : Il s'agit de l'aire calculée par laquelle le fluide s'échappe, utilisée dans les formules pour déterminer la capacité de décharge de la soupape.

• Accumulation : Cela désigne la pression qui excède la pression de travail maximale admissible du réservoir. Cette accumulation est mesurée pendant le processus de décharge.

• Pression de surpression : Il s'agit de la pression excédant la pression de réglage de la soupape, ce qui est exprimé en unités de pression ou en pourcentage.

• Pression de réouverture de la soupape : Après la décharge, la soupape se ferme lorsque la pression dans le système descend au-dessous de la pression de réouverture, marquant la fin du processus.

Types de soupapes de sécurité

Il existe plusieurs types de soupapes de sécurité, chacune ayant des caractéristiques et des applications spécifiques :

1. Soupape de sécurité conventionnelle : Cette soupape fonctionne grâce à un ressort qui ajuste la pression de réglage. Lorsque la pression d'entrée atteint ou dépasse la pression de réglage, la soupape commence à s'ouvrir progressivement pour permettre à la pression de se libérer. Cette soupape reste fermée lorsque la pression est inférieure à la pression de réglage, assurant ainsi une protection contre les augmentations dangereuses de pression.

2. Soupape de sécurité équilibrée : Ce type de soupape utilise un piston ou un soufflet pour compenser l'impact de la contre-pression, qui pourrait altérer la performance de la soupape. L'ajout d'un soufflet permet de mieux équilibrer la pression exercée sur le disque de la soupape et d'éviter l'entrée de fluides dans la chambre du ressort, ce qui assure une étanchéité plus efficace.

3. Soupape de sécurité pilotée : Ce type de soupape est contrôlé par une vanne pilote. Il permet une régulation précise de la pression sans que la contre-pression n'affecte son fonctionnement. Les soupapes pilotées peuvent être de type à ouverture rapide (complète) ou à ouverture progressive, et sont souvent utilisées dans des systèmes plus complexes, où la précision du contrôle est primordiale.

Critères de sélection et exigences techniques

La pression de contre-pression est un facteur clé dans le dimensionnement des soupapes. Pour les soupapes conventionnelles, il est recommandé que la contre-pression ne dépasse pas 10 % de la pression de réglage. Pour les soupapes équilibrées, cette valeur peut atteindre 30 %, et pour les soupapes pilotées, elle peut aller jusqu'à 50 %. Ces limites sont importantes car elles influencent directement la performance de la soupape et son efficacité à protéger le système contre la surpression.

Calcul de la capacité de décharge

Le calcul de la capacité de décharge d'une soupape est fondamental pour s'assurer que la soupape peut évacuer suffisamment de fluide pour éviter une surpression. La capacité de décharge est déterminée par l'aire effective de décharge, qui à son tour dépend de la taille et du type de la soupape, ainsi que de la nature du fluide. Ce calcul doit être effectué avec soin pour garantir que la soupape choisie est capable de répondre aux besoins de l’installation.

Les conditions de ventilation du système doivent également être prises en compte. Un calcul approprié de la contre-pression dans le réseau de ventilation est crucial pour éviter une surpression excessive qui pourrait compromettre la sécurité du système.

Les exigences de pression maximale admissible, souvent définie par le concepteur du réservoir ou du tuyau, servent de base pour ajuster la pression de réglage de la soupape. Cela garantit que l’équipement est protégé contre des pressions qui dépasseraient ses capacités de conception.

Ce qu’il faut retenir

Il est essentiel de comprendre que la sélection d'une soupape de sécurité ne se limite pas à choisir un modèle en fonction de la pression de travail. Les autres facteurs, tels que la contre-pression, la capacité de décharge et la nature du fluide, doivent également être pris en compte. De plus, les différentes catégories de soupapes (conventionnelles, équilibrées et pilotées) sont choisies en fonction des conditions spécifiques de l'installation et des performances requises.

Comment concevoir un système de ventilation et de torchère pour une station de traitement des hydrocarbures ?

Le système de ventilation et de torchère est une composante essentielle de la sécurité dans les installations industrielles, en particulier dans le secteur pétrolier et gazier. Ce système permet de gérer les gaz résiduels et les liquides produits lors des différentes étapes de traitement, tout en assurant un rejet sûr et contrôlé dans l'environnement. La conception d'un tel système repose sur plusieurs éléments clés qui doivent être soigneusement étudiés pour garantir la sécurité des installations. Nous allons explorer ici les principaux composants du système de ventilation et les principes fondamentaux de sa conception.

Le système de ventilation et de torchère se compose de quatre éléments principaux : la source de ventilation, le système de collecte de ventilation, le système de séparation de la torchère et la torchère elle-même. Chacun de ces composants joue un rôle crucial dans la gestion des fluides gazeux et liquides rejetés.

Le système de collecte de ventilation est conçu pour recueillir les gaz et les fluides provenant de diverses sources et les acheminer vers un dispositif centralisé de traitement ou de rejet, comme la torchère. Il se compose généralement de tuyauteries principales et de conduites de dérivation qui collectent et dirigent les flux gazeux. Ce système doit être conçu de manière à optimiser l'efficacité du transport des gaz, tout en minimisant les risques de fuites ou d'accumulation dangereuse de gaz inflammables.

Le système de séparation de la torchère a pour rôle d’éliminer les liquides présents dans le flux de gaz avant qu'ils ne soient acheminés vers la torchère. Sans ce système, le mélange gaz-liquide pourrait obstruer les tuyaux et provoquer une dispersion dangereuse de liquides inflammables. De plus, si ce liquide était rejeté directement dans l’environnement via la torchère, il pourrait provoquer des incendies imprévus et créer des risques pour les opérateurs et les installations environnantes. Le code API Std 521, relatif aux systèmes de soulagement et de dépressurisation, fournit des lignes directrices pour la conception de ces systèmes de séparation, notamment les réservoirs de liquides de torchère.

Le dernier composant du système est la torchère, qui est responsable de la combustion contrôlée des gaz rejetés. Elle permet de brûler les gaz excédentaires de manière sécurisée, réduisant ainsi le risque de pollution et de formation de mélanges inflammables. Toutefois, il est crucial que la conception de la torchère tienne compte de plusieurs paramètres, notamment la hauteur et l'emplacement de l'équipement, ainsi que la capacité de dissipation thermique pour prévenir les risques d'incendie.

La conception du système de ventilation et de torchère dans une station pétrolière ou gazière repose sur plusieurs étapes essentielles. L'analyse des conditions de ventilation est une phase clé de la conception, car elle détermine la capacité du système à gérer différents scénarios, qu’il s’agisse de conditions normales ou d’accidents. Le volume de ventilation nécessaire varie en fonction de la situation : pendant la maintenance, les volumes peuvent être réduits et contrôlés, tandis qu'en cas d'accident, il est impératif de répondre rapidement aux exigences de soulagement de pression pour éviter une catastrophe.

Dans le cadre d'un accident majeur, tel qu'un tremblement de terre ou un incendie, un système d'arrêt d'urgence (ESD) doit être activé pour stopper immédiatement la production et permettre un dégazage rapide et contrôlé. Pour les autres types d'incidents, comme la défaillance de systèmes publics (par exemple, l’air instrumenté ou le refroidissement), il est important de disposer de procédures manuelles permettant de juger de la nécessité d’une ventilation urgente.

Un autre aspect crucial est l’intégration de dispositifs de contrôle supplémentaires, comme l'utilisation de valves de soulagement d'urgence ou d'autres équipements de sécurité, pour éviter des situations où une seule valve ne suffirait pas à gérer la charge de ventilation. Il est également nécessaire de déterminer si un dégazage échelonné ou retardé doit être envisagé pour réduire les risques, notamment lorsque plusieurs sources de ventilation sont en jeu.

En plus de l'analyse des charges et des volumes, il convient de prêter une attention particulière à la diffusion des gaz et à la gestion thermique des systèmes de torchères, surtout en cas de vent froid ou de fuites de gaz. Le calcul de la radiation thermique générée par la torchère est une étape essentielle dans le cadre de la conception, afin de déterminer la distance de sécurité entre les équipements et d’assurer une protection adéquate contre les effets de la chaleur intense.

Au-delà de ces éléments techniques, il est également primordial que la conception du système de ventilation prenne en compte les aspects humains et environnementaux. Un système de ventilation mal conçu peut non seulement compromettre la sécurité des travailleurs et des installations, mais aussi entraîner des dommages environnementaux importants. Il est donc essentiel que les ingénieurs et les responsables de la conception intègrent ces facteurs dans leurs calculs et leurs choix.

Quel est l'impact d'une défaillance des systèmes sur les charges de dégazage et la conception du réseau de tuyauterie de dégazage ?

Dans l'analyse des systèmes de dégazage, plusieurs scénarios de défaillance peuvent survenir simultanément, chacun ayant un impact différent sur les charges de dégazage. Lorsqu'une défaillance survient, il est crucial de calculer la capacité de décharge nécessaire pour protéger l'installation contre les pressions excessives et les risques d'explosion. Cette analyse doit prendre en compte des facteurs tels que les défaillances d'alimentation électrique, d'air instrumenté, de vapeur et d'eau de refroidissement, ainsi que des défaillances combinées de ces systèmes.

Lors d'une défaillance de l'alimentation électrique, le volume de dégazage nécessaire pour un système protégé unique doit être déterminé selon les indications de la section 6. Ensuite, ces charges doivent être corrigées en fonction de l'impact des systèmes de contrôle des instruments sur les charges de dégazage. Par exemple, une défaillance de l'air instrumenté pourrait entraîner l'ouverture de vannes de contrôle, provoquant un dégazage vers la torche. De même, une défaillance du système d'eau de refroidissement due à une panne de courant doit également être évaluée, en prenant en compte l'impact sur la capacité de décharge nécessaire.

Lors d'une défaillance du système de vapeur, la charge de dégazage doit également être calculée selon les mêmes principes. Les défaillances de vannes de contrôle dues à un arrêt des turbines à vapeur ou à des compresseurs entraînés par vapeur nécessitent une attention particulière. Les vannes de sécurité automatiques ou manuelles doivent être prises en compte pour déterminer la charge de dégazage nécessaire. De même, les pannes combinées de plusieurs systèmes, tels qu'une panne de courant et une défaillance du système de vapeur, doivent être analysées en tenant compte des interactions entre les défaillances des différents systèmes.

Une attention particulière doit être portée aux défaillances simultanées de plusieurs causes liées, comme une panne générale de l'alimentation électrique et de l'air instrumenté, qui peut entraîner une charge de dégazage plus importante. Dans de tels cas, la charge totale de dégazage doit être calculée comme la somme des charges de défaillance des différents systèmes, en ajoutant la charge des vannes de contrôle et des dispositifs de soulagement de pression qui pourraient se déclencher.

En ce qui concerne la conception du réseau de tuyauterie de dégazage, il est essentiel de tenir compte des caractéristiques des différents équipements impliqués dans le processus de dégazage. La composition du gaz libéré, la température du fluide, ainsi que la pression de retour maximale autorisée par la source de libération, doivent être spécifiées pour chaque vanne de décharge. L'un des critères de conception importants, selon la "Spécification de conception du système d'émission de gaz combustible pétrochimique 3009", stipule que le nombre de Mach du réseau de ventilation ne doit pas dépasser 0,7, et que la pression du système ne doit pas être inférieure à 1 kPa.

Les vannes de décharge, en particulier les vannes de sécurité, ont des limites de pression de retour spécifiques. Il est essentiel de vérifier la taille de la vanne de décharge, notamment pour les vannes de sécurité à opérateur pilote, qui ont une limite de pression de retour équivalente à la cote de la bride. Cela est crucial dans les premières étapes de conception, car une mauvaise estimation de la taille des tuyaux peut entraîner des coûts supplémentaires en termes de matériaux et d'infrastructure.

Enfin, lors de la conception et du calcul des pertes de pression dans le système de tuyauterie, il est important de prendre en compte des éléments tels que la rugosité des matériaux de tuyaux, la disposition des tuyaux et les pertes de pression dues aux accessoires et aux entrées. L'évaluation de ces facteurs permet de s'assurer que le réseau de dégazage peut supporter les charges maximales sans entraîner de contre-pression qui pourrait compromettre la sécurité du système.

Un autre facteur clé dans la conception du réseau de dégazage est l'utilisation d'un logiciel de calcul de la perte de pression, comme Aspen Flare System Analyzer. Ce type de logiciel permet de simuler la perte de pression dans l'ensemble du système, en tenant compte des différentes sections du tuyau, des tailles et des charges de torche spécifiques. Il est crucial d’obtenir des informations précises auprès des fournisseurs de torches pour déterminer la perte de pression au niveau de la tête de torche, ce qui influence la conception des autres composants du système.

Quels sont les défis et solutions associés aux systèmes de torches et à la récupération des gaz de torchage ?

Les systèmes de torches sont utilisés dans de nombreuses industries pour brûler les gaz excédentaires ou dangereux. Cependant, ces systèmes posent des défis significatifs, notamment en matière de sécurité et d'efficacité énergétique. L'un des risques majeurs réside dans le phénomène de la « succion mutuelle » entre les torches, lorsque le volume de gaz à décharger est faible. Cela peut entraîner l'entrée d'air dans le tube de la torche et provoquer une explosion, particulièrement en cas de forte teneur en hydrogène. Pour éviter cela, il est essentiel d'utiliser des réservoirs à scellés d'eau entre les torches, afin de prévenir tout reflux de gaz dans le tube de la torche. Un réglage en couches de la hauteur du scellé d'eau peut réduire les problèmes de braisage de la tête de la torche dans des conditions de faible volume de gaz.

Dans les situations où deux torches fonctionnent simultanément pendant une courte période, comme lors des périodes de commutation, un système de sécurité est mis en place pour isoler la torche de secours à l’aide de vannes et de plaques d’obturation. Ces systèmes permettent de partager un réservoir à scellé d'eau tout en minimisant les risques d’accidents lors de la connexion des deux torches pendant la période de commutation. Lors de ces opérations, il est crucial de fournir un gaz de purge suffisant pour garantir la sécurité.

Les pompes de condensats sont contrôlées par le niveau de liquide dans le réservoir séparateur. Lorsque ce niveau est élevé, la pompe se met automatiquement en marche, et lorsqu'il est bas, elle s’arrête. En cas de défaillance du système automatique, une alarme se déclenche pour avertir l’opérateur, qui peut alors prendre les mesures nécessaires. De plus, le niveau et la température du scellé d'eau peuvent être surveillés depuis la salle de contrôle, permettant ainsi une gestion optimale de ces paramètres.

Le phénomène de la « pluie de torche », qui survient lorsque des liquides combustibles sont brûlés dans la torche, représente également un risque majeur. Cela peut entraîner des accidents, surtout lorsque la torche est située dans une zone à risques. Pour éviter ce phénomène, il est impératif de contrôler rigoureusement les rejets des appareils et de s’assurer que les liquides combustibles n’entrent dans le système de torche qu'après avoir été évaporés. En particulier, il est interdit de faire entrer dans le système de torche des liquides hydrocarburés lourds, qui risqueraient de causer des défaillances.

Lors de la conception du réservoir séparateur, il est important de garantir un volume suffisant pour éviter tout blocage du filtre d’entrée de la pompe de condensats par des débris ou des polymères. Il est également recommandé de vérifier régulièrement le niveau du liquide dans le réservoir séparateur.

Concernant les autres aspects de la sécurité, les signaux lumineux de navigation et les protections anti-aériennes doivent être mis en œuvre conformément aux règlements en vigueur. Les torches doivent être installées dans des zones bien ventilées, et l’évacuation des gaz doit être réalisée sans obstruction, pour éviter que la chaleur, le bruit ou la concentration de polluants ne dépassent les seuils autorisés. Pour les torches élevées, l’installation de feux de navigation est également obligatoire, afin de signaler leur présence aux aéronefs.

La conception des compresseurs de récupération de gaz de torche a évolué ces dernières années. Les compresseurs ont remplacé les armoires à gaz, qui étaient coûteuses et peu efficaces. Aujourd'hui, les compresseurs aspirent directement les gaz de torche, les compressent et les envoient vers le système de gaz combustibles de l'usine, réduisant ainsi les coûts et l'encombrement tout en améliorant la fiabilité du système.

Enfin, il est crucial de bien comprendre que les gaz de torche proviennent souvent de rejets imprévus ou d’accidents de sécurité, et leur gestion efficace est primordiale pour prévenir les risques d’incendie ou d'explosion. La récupération de ces gaz ne doit pas seulement être considérée comme un processus économique, mais aussi comme une mesure de prévention des accidents industriels.