Comment assurer la sécurité des pipelines dans les systèmes de production pétrolière ?

Le point de séparation entre l'ingénierie souterraine et l'ingénierie de surface est généralement fixé après la buse de pétrole, et son dispositif de protection de sécurité constitue un système unifié. Dans de nombreux cas, l'ingénierie de surface et l'ingénierie souterraine doivent être envisagées de manière conjointe. Pour simplifier l'analyse, nous considérons ici les aspects de sécurité du seul point de vue de l'ingénierie de surface, tout en mentionnant les éléments essentiels nécessitant une réflexion commune lorsque cela s'avère nécessaire.

Afin de définir un dispositif de sécurité efficace et rationnel, une analyse complète du pipeline est indispensable. Les événements accidentels affectant le pipeline d’un seul puits sont principalement l’excédent de pression et les fuites. Les dispositifs de sécurité typiques pour les têtes de puits et les pipelines sont illustrés dans les figures 3.5, 3.6 et 3.7, et l’analyse des risques associés à un pipeline de puits unique est détaillée dans les tableaux 3.7 et 3.8.

L'injection pipeline, par exemple, est un élément clé qui permet de transférer les fluides utilisés pour le gaz lift ou l’injection dans le réservoir. Les dispositifs de sécurité recommandés pour ces pipelines sont également présents dans la figure 3.8, et des informations détaillées sont disponibles dans les tableaux 3.9 et 3.10, qui répertorient les risques liés aux fuites, aux blocages ou aux défaillances des systèmes de contrôle en amont.

Les manifolds, ou collecteurs, reçoivent les fluides produits depuis deux ou plusieurs têtes de puits, puis les distribuent vers les systèmes de traitement nécessaires. Ces dispositifs sont essentiels pour gérer les flux de production qui varient en fonction des pressions et des besoins de traitement. Une analyse minutieuse des risques est primordiale pour assurer leur fonctionnement en toute sécurité, ce qui est d'ailleurs souligné dans les tableaux 3.11 et 3.12 relatifs aux manifolds.

Les réservoirs sous pression, quant à eux, jouent un rôle central dans le traitement des hydrocarbures sous pression. Ils sont responsables de la séparation des gaz et des liquides, de la déshydratation, ainsi que du stockage et de la régulation des fluides. Certains de ces réservoirs nécessitent un apport de chaleur pour leur bon fonctionnement. Il est essentiel de tenir compte de l'impact de cette chaleur sur le traitement du fluide dans le réservoir pour éviter les incidents liés à la surpression ou à des défaillances de matériel, comme le stipulent les tableaux 3.13 et 3.14.

Les réservoirs atmosphériques sont utilisés pour traiter et stocker temporairement des hydrocarbures liquides. Bien qu’ils ne soient pas toujours soumis à des conditions de haute pression, la gestion des risques associés à des écarts de pression est tout aussi cruciale. Un système de ventilation bien dimensionné est nécessaire pour prévenir la surpression ou la sous-pression dans ces réservoirs, comme l’indiquent les directives de l'API Std 2000. De plus, les dispositifs de sécurité associés à ces réservoirs incluent des vannes de sécurité et des systèmes de protection contre les éclats de flamme et les risques de reflux.

Il convient de noter que, bien que chaque type d’équipement de processus ait ses propres exigences de sécurité, une approche intégrée qui prend en compte l’ensemble du système de production est toujours préférable. Cela implique de considérer non seulement les dispositifs de sécurité individuels pour chaque segment, mais aussi leurs interactions dans le cadre de l’ensemble du réseau de pipelines, des réservoirs et des installations de traitement.

Il est fondamental de bien comprendre que la sécurité d’un pipeline ne dépend pas seulement de l’installation de dispositifs de protection appropriés, mais également de leur maintenance régulière et de la formation adéquate des opérateurs pour identifier rapidement les signes de défaillance potentielle. La gestion des risques dans un environnement aussi complexe exige une vigilance constante et une adaptation aux évolutions des conditions de fonctionnement.

Quelles sont les protections nécessaires pour assurer la sécurité des équipements de déshydratation électrolytique et des pompes d'exportation?

Les équipements de déshydratation électrolytique (ou dé-salinisateurs) dans les installations de traitement de pétrole brut doivent être protégés contre divers risques opérationnels, notamment les surpressions, fuites, et températures excessives. Un système de sécurité bien conçu est crucial pour prévenir des défaillances qui pourraient entraîner des pannes majeures ou des dommages aux installations. Ce chapitre aborde les principales protections qui sont mises en place pour assurer le bon fonctionnement et la sécurité de ces équipements, en particulier dans le cas des déshydrateurs électrolytiques et des pompes d'exportation.

En ce qui concerne la protection contre la surpression, le déshydrateur électrolytique est équipé d'un capteur PSH (Pression Haute), qui interrompt rapidement l'afflux de liquide dans le réservoir en cas de surpression. Si la fuite dans le déshydrateur est suffisamment importante pour dépressuriser le séparateur de production, le capteur PSL (Pression de Sécurité Low) détecte la chute de pression et bloque l'inflow de liquide. En cas de défaillance du capteur PSH, un soupape de sécurité (PSV) est installée pour soulager la pression du déshydrateur électrolytique. Les capteurs PSH, PSL et les soupapes PSV doivent être installés à des endroits spécifiques afin de détecter ou relâcher la pression à l'intérieur du déshydrateur électrolytique, généralement vers le haut de l’appareil.

Cependant, l'installation de ces capteurs n'est pas toujours nécessaire si certaines conditions sont remplies. Par exemple, si la pression maximale générée par le fluide amont ne dépasse pas la pression maximale de travail admissible du déshydrateur, ou si un autre système de sécurité protège déjà l’équipement, l’installation de capteurs PSH ou PSL peut être omise. De même, la soupape de sécurité PSV peut ne pas être nécessaire si le déshydrateur est déjà protégé de manière adéquate par une soupape située sur les équipements en aval.

La protection contre les débordements et les fuites est également un aspect essentiel de la sécurité du déshydrateur électrolytique. Contrairement aux séparateurs de production, le déshydrateur électrolytique nécessite un fonctionnement en réservoir plein, sans quoi l'électrode pourrait être endommagée. Un capteur LSL (Niveau bas de liquide) est donc installé pour surveiller le niveau du liquide en temps réel. Si ce niveau descend trop bas, la pompe est coupée pour éviter d'endommager l'électrode. Ce capteur est idéalement installé à l'extérieur du réservoir afin de faciliter les tests sans perturber le système de traitement.

Les pompes d'exportation jouent un rôle clé dans l'envoi du pétrole brut traité vers le pipeline d'exportation. Ces pompes doivent également être protégées contre les risques de surpression et de fuite. En cas de surpression, un capteur PSH intervient pour couper l'afflux et arrêter la pompe. Si une fuite dans la conduite d'huile entraîne une chute de pression, un capteur PSL interrompt l'alimentation de la pompe. De plus, une soupape PSV est installée pour soulager la pression dans la pompe et la conduite en cas de défaillance du capteur PSH. Il est également recommandé d'installer une vanne anti-retour (FSV) sur la conduite de décharge de la pompe pour minimiser le retour de fluide. Les capteurs PSH, PSL et les soupapes PSV doivent être installés en amont de toute vanne d'arrêt sur la conduite de décharge, afin d'assurer une protection optimale.

Lors de l'utilisation des pompes d'exportation, il existe des situations où certaines protections peuvent être omises. Par exemple, si la pression maximale de décharge de la pompe ne dépasse pas 70 % de la pression de travail maximale admissible de la conduite de décharge, l'installation d'un capteur PSH n'est pas nécessaire. Si la pompe est opérée manuellement et sous surveillance constante, la présence de capteurs PSL peut également être dispensée, surtout en présence d'un bon système de collecte et d'évacuation des fuites.

Quant à la protection contre le retour de fluide, une vanne anti-retour FSV doit absolument être installée à la sortie de la pompe d'exportation pour éviter tout risque de reflux de pétrole dans les équipements en amont.

Les réservoirs de stockage de pétrole brut, qui sont généralement des réservoirs à pression atmosphérique, doivent aussi être protégés contre les risques de surpression, de sous-pression, de débordement, de fuite et de surchauffe, notamment lorsque ces réservoirs sont chauffés pour maintenir le pétrole à une température constante. La sécurité de ces réservoirs repose sur l’intégration de plusieurs systèmes de protection, dont des vannes de sécurité et des capteurs de niveau et de pression qui garantissent une gestion optimale des conditions de fonctionnement et préviennent les accidents.

Les protections à mettre en place dans ces systèmes ne sont pas seulement une question de conformité technique, mais aussi de prévention des risques pour les opérateurs et de réduction des impacts environnementaux. Tout manquement à l'installation de ces dispositifs peut entraîner des défaillances critiques, augmentant les risques d'accidents graves. Une compréhension approfondie de l'importance de chaque dispositif de sécurité et de sa mise en œuvre appropriée est donc primordiale pour garantir le bon fonctionnement de l'ensemble du système.

Comment garantir l'efficacité d'un réservoir de scellage liquide pour les systèmes de torche

Dans les systèmes de torche utilisés pour la gestion des gaz de dégazage, le réservoir de scellage liquide joue un rôle crucial dans le contrôle des flammes et la prévention des risques d'incendie ou d'explosion. Cependant, dans les situations où le volume de gaz de torche est très élevé, un simple scellage liquide peut ne pas suffire pour empêcher le retour de flammes. En effet, des accidents ont prouvé que les flammes pouvaient se propager vers l'arrière à travers les bulles continues de gaz. Dans ces circonstances, il devient indispensable de recourir à des méthodes supplémentaires, comme une purge continue, afin de garantir qu'aucune infiltration d'air n'atteigne le réseau de torche.

Les variations de température peuvent également affecter l'efficacité du scellage. Par exemple, dans des conditions de température ambiante ou de dépressurisation supérieures à 0 °C, des scellages à base d'eau peuvent être utilisés. Toutefois, dans les régions où les températures descendent en dessous de zéro, il est impératif d'intégrer des dispositifs anti-gel, tels que des chauffages électriques ou des serpentins à vapeur. Pour les fluides plus froids, comme ceux contenant de l'éthylène glycol, des mesures spéciales doivent être prises pour éviter le gel, en tenant compte de la température prévue du gaz.

Le liquide de scellage doit être compatible avec les gaz émis pour garantir son efficacité. De plus, il est essentiel de prévoir un système de contrôle des pressions et des températures au sein du réservoir de scellage afin d'assurer une surveillance continue et de prévenir toute anomalie. Par exemple, si la température du gaz de décharge dépasse 100 °C, il devient impératif d'installer un système d'alarme pour les niveaux de liquide bas, ainsi que des mécanismes automatiques de réapprovisionnement en liquide pour maintenir le scellage liquide.

Un autre facteur critique dans la conception du réservoir de scellage est la gestion de la pression dans le système. Selon les normes ISO 23251 et API RP 52, le volume effectif de scellage dans le réservoir doit être suffisant pour remplir un tuyau vertical de 3 m de hauteur lorsque des pressions négatives surviennent dans le réseau de gaz inflammables. Cette exigence de conception peut parfois nécessiter un réservoir de plus grande taille, en fonction de la pression maximale autorisée et du débit du gaz. Il est donc important de bien dimensionner le réservoir en fonction des pressions et des débits prévus.

Pour minimiser les fluctuations de pression qui pourraient entraîner une combustion pulsée, il est conseillé d'adopter une structure de distribution efficace du gaz dans le réservoir. Des orifices longs ou des entailles en forme de V sont couramment utilisés pour augmenter la surface de flux, réduisant ainsi la pression dans le réservoir. Une autre approche pour contrôler ces pulsations est l’installation d'un dispositif de protection, tel qu'un pare-éclaboussures, pour éviter toute variation de pression causée par les mouvements de liquide dans le réservoir.

Le dimensionnement du réservoir de scellage doit également tenir compte des spécifications relatives aux matériaux et à la configuration des tuyaux. L'utilisation d'un tuyau d'évent vertical avec une forme en jambe de force, par exemple, permet de créer une dépression suffisante pour empêcher l'entrée d'air dans le système. De plus, des dispositifs de régulation du débit de l'eau de remplacement et de contrôle de l'accumulation de substances comme le H2S ou le CO2 doivent être mis en place pour garantir une efficacité à long terme du scellage.

Il convient de noter que, pour garantir la stabilité du scellage, des mesures de contrôle continu du liquide de scellage, telles que des capteurs de niveau, de pression et de température, doivent être intégrées dans le système. Un réservoir horizontal avec une bonne proportion entre la longueur et le diamètre, ainsi qu’un espace de gaz suffisant pour l’écoulement, permet d’assurer une performance optimale du système de torche. Le réservoir doit être conçu pour éviter toute accumulation de liquides condensés, ce qui pourrait perturber l'intégrité du scellage et nuire à l'efficacité de la combustion.

Un facteur souvent négligé mais essentiel est l’entretien régulier des réservoirs de scellage. Le liquide de scellage doit être remplacé périodiquement pour éviter l’accumulation de substances indésirables, notamment le H2S et le CO2, qui peuvent altérer les performances du système de torche. Ce remplacement doit être effectué avec une précision qui garantit la continuité du scellage, en utilisant des technologies de filtration adaptées lorsque nécessaire.