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Auteur(s)
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Jean-Louis GUSTIN : Rhodia Recherches et Technologies
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La protection des réacteurs et des enceintes fermées par des évents de secours destinés à les protéger contre l'emballement de réactions, fait appel aux méthodes du DIERS (Design institute for emergency relief systems). Les méthodes du DIERS ont déjà fait l'objet de deux articles dans les Techniques de l'Ingénieur.
L'article [SE 5 041] [1] fournit une présentation générale des méthodes du DIERS pour le dimensionnement des évents de secours destinés à protéger les réacteurs et les autres appareils contre des emballements de réactions en phase condensée.
Les méthodes du DIERS distinguent trois catégories de systèmes réactionnels en fonction du type de pressurisation qu'ils produisent :
• Les systèmes à forte pression de vapeur « High vapor systems » font l'objet de ce même article [SE 5 041]. Ils représentent 90 % des cas de dimensionnement d'évents pour le contrôle de réactions.
• Les réactions produisant des gaz incondensables « Gassy reactions » constituent la seconde catégorie de systèmes réactionnels pour laquelle nous disposons de méthodes spécifiques de dimensionnement d'évents de secours. Ces systèmes réactionnels font l'objet de l'article [SE 5 042] [2] dans les Techniques de l'Ingénieur. Ils ne concernent que moins de 10 % des cas de dimensionnement d'évents de secours.
• Les systèmes hybrides, enfin, sont des systèmes réactionnels qui pressurisent les enceintes par pression de vapeur et par production de gaz incondensables, simultanément. Ils font l'objet du présent article [SE 5 043].
La demande concernant le dimensionnement pour ce type de système réactionnel est relativement faible en raison de la complexité de la situation, de celle des méthodes de calcul d'évent et de la difficulté de disposer des données expérimentales nécessaires au calcul. Les systèmes réactionnels hybrides existent pourtant, pour lesquels des méthodes empiriques de dimensionnement d'évents ont parfois été appliquées. On citera, par exemple, le cas de la décomposition de l'eau oxygénée 25 % catalysée par des sels ferriques, qui a fait l'objet d'exercices inter-laboratoires pour l'obtention des données expérimentales nécessaires au calcul et séparément d'un exercice de dimensionnement d'évents entre les membres du DIERS. Le fait de rendre ces méthodes de calcul plus familières peut contribuer à leur utilisation dans l'industrie lorsque cela est nécessaire. Il convient de noter que la méthode de traitement des données expérimentales obtenues lors d'essais dans le VSP, l'appareil de laboratoire du DIERS, décrite dans un article précédent [SE 5 040] [3], permet justement de disposer des informations nécessaires au dimensionnement d'évents pour les systèmes hybrides.
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Caractéristiques des systèmes hybrides
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4. Conclusion
Les difficultés rencontrées dans le dimensionnement d'évents de secours pour les stockages d'eau oxygénée en utilisant les méthodes du DIERS montrent qu'il est nécessaire de procéder avec la plus grande prudence, notamment lorsqu'il s'agit d'une activité industrielle majeure comme l'industrie de l'eau oxygénée. Il est nécessaire de s'assurer que les déterminations expérimentales effectuées avec les appareils de laboratoire n'introduisent pas de biais, et il est nécessaire de les réaliser avec le plus grand soin et de manière reproductible, notamment quand on en publie les résultats.
La méthode de dimensionnement d'évents doit être choisie en tenant compte de la réalité connue à l'échelle industrielle. Il ne faut pas utiliser l'hypothèse homogène et celle d'un entraînement du milieu réactionnel suivant cette hypothèse, s'il est connu de tous que le liquide n'est pas entraîné, jusqu'à une concentration d'eau oxygénée de 65 % au moins, à moins d'une contamination catastrophique de l'eau oxygénée par de la soude, par exemple.
L'opinion que les méthodes du DIERS conduisent à un surdimensionnement des évents de secours, dans le cas des Gassy Reactions et des systèmes hybrides, résulte probablement du fait qu'il n'a pas été tenu compte des observations du comportement du système d'évent à l'échelle industrielle, ou que cette information n'était pas disponible. L'hypothèse homogène est une hypothèse très conservative pour le dimensionnement d'évents de secours, qui se trouve le plus souvent vérifiée pour les systèmes à forte pression de vapeur. Il n'est pas certain qu'elle le soit aussi fréquemment pour les réactions produisant des gaz incondensables et pour les systèmes hybrides. Il convient de noter qu'il n'existe pas de corrélation de désengagement gaz-liquide pour les Gassy Reactions. Il est en effet très difficile de réaliser les mesures permettant d'établir de telles corrélations et, à la place, on utilise des corrélations établies pour des systèmes à forte pression de vapeur, donc basées sur la vaporisation dans la masse du liquide. Il n'est pas certain que la production de gaz incondensable se fasse dans la masse du liquide. On sait que dans le cas de la décomposition de l'eau oxygénée, les parois de l'enceinte jouent un rôle catalytique. C'est ce type de difficulté qui intervient dans le cas des systèmes hybrides, car le calcul d'évent...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GUSTIN (J.-L.) - Calculs d'évents, méthodes du DIERS, les systèmes à forte pression de vapeur. - [SE 5 041] dans Sécurité et gestion des risques (2006).
-
(2) - GUSTIN (J.-L.) - Calculs d'évents, méthodes du DIERS, Gassy Reactions. - [SE 5 042] dans Sécurité et gestion des risques (2006).
-
(3) - GUSTIN (J.-L.) - Explosion en phase condensée. - [SE 5 040] dans Sécurité et gestion des risques (2002).
ANNEXES
Emergency Relief System Design Using DIERS Technology. - The Design Institute for Emergency Relief Systems (DIERS) Project Manual, AIChE editor, ISBN 0-8169-0568-1, p. 375-376 (1992).
GROLMES (M.A.), LEUNG (J.C.), FAUSKE (H.K.) - Reactive Systems Vent Sizing Evaluations. - International Symposium on Runaway Reactions, Cambridge MA, 7-9 mars 1989.
LEUNG (J.C.) - Simplified Vent Sizing Methods incorporating Two-phase Flow. - International Symposium on Runaway Reactions and Pressure Relief Design, Boston Massachusetts USA, ISBN 0-8169-0676-9, 2-4 août 1995.
FAUSKE (H.K.) - Flashing flows or : Some practical guidelines for emergency releases. - Plant Operations Progress, vol. 4, no 3, p. 132-134, juil. 1985.
Emergency Relief System Design Using DIERS Technology. - The Design Institute for Emergency Relief Systems (DIERS) Project Manual, AIChE editor, ISBN 0-8169-0568-1, p. 75 (1992).
FAUSKE (H.K.) - Revisiting DIERS two-phase methodology for reactive systems twenty years later. - 3rd International Symposium on Runaway Reaction, Pressure Relief Design and Effluent Handling, Cincinnati Ohio, USA (2005).
Emergency Relief System Design Using DIERS Technology. - The Design Institute for Emergency Relief Systems (DIERS) Project Manual, AIChE editor, ISBN 0-8169-0568-1, p. 428-431 (1992).
LEUNG (J.C.) - Chemical Process Relief System Design Seminar. - École des Mines de Saint-Étienne, 9-11 avr. 2003.
LEUNG (J.C.) - Venting of Runaway Reactions with gas Generation. - AIChE Journal, 38(5), p. 723-732 (1992).
LEUNG (J.C.), GROLMES (M.A.) - A Generalized Correlation for Flashing Choked flow of Initially Subcooled Liquid. - AIChE Journal, 34(4), p. 688-691 (1988).
LEUNG (J.C.), EPSTEIN (M.) - Flashing two-phase flow including the effect of non-condensable gases. - ASME Trans. J. of Heat Transfer, 113 (1), p. 269-272, fév. 1991.
LEUNG (J.C.) - The Omega Method for Discharge Rate Evaluation. - International Symposium on Runaway Reactions and Pressure Relief Design, Boston Massachusetts USA, ISBN 0-8169-0676-9,...
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