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RÉSUMÉ
Les équipements sous pression (chaudières, récipients, tuyauteries) doivent être prémunis contre le risque de dépassement des limites admissibles, et en particulier la pression pour laquelle les enceintes sont conçues. Les dispositifs les plus utilisés sont les soupapes de sûreté. Cet article examine les éléments qui permettent le dimensionnement des soupapes de sûreté, avec application aux équipements sous pression installés dans un cas précis d'installation classée pour la protection de l'environnement (ICPE), les sites de stockage et centres emplisseurs de propane et butane commercial liquéfiés sous pression (GPL).
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Serge ABAUZIT : Ingénieur conseil équipements sous pression - Ingénieur arts et métiers - Ancien chef de service appareils à pression de l'APAVE, Montpellier, France
INTRODUCTION
Les équipements sous pression sont destinés à contenir des fluides dans une enceinte, dont la sécurité de confinement est issue de l'application de :
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règles de mise sur le marché, précisées dans l'annexe « exigences essentielles de sécurité » de la directive pression 97/23/CE, ainsi que de normes et standards spécifiques ;
-
règles d'installation, maintenance et inspection (sous la responsabilité de l'exploitant) ; ces règles ont un volet réglementaire (arrêté du 15 mars 2000), et un volet « référentiels techniques » servant de support à l'organisation de l'exploitant.
Parmi ces règles, l'une d'elles concerne la prévention du risque de dépassement des limites admissibles, et en particulier la pression pour laquelle les enceintes sont conçues. En service, les contraintes dans celles-ci ne doivent pas dépasser des valeurs qui assurent un coefficient de sécurité minimal spécifié dans les réglementations européennes et codes techniques de référence. Les équipements de sécurité les plus utilisés sont les soupapes de sûreté.
Cet article se propose d'illustrer l'aspect dimensionnement de soupapes de sûreté dans un domaine particulier, celui des installations ICPE de stockage et emplissage de gaz de pétrole liquéfiés (GPL), dans la continuité de l'article [SE 5072].
Il présente les sujets principaux suivants :
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réglementation applicable aux modalités de protection surpression des équipements sous pression ;
-
principaux facteurs pouvant générer une augmentation de la pression interne des réservoirs de stockage et des tuyauteries sur ces sites ;
-
éléments de l'installation des soupapes ayant une influence sur leur dimensionnement ;
-
types de surpression, par vaporisation de la phase liquide, ou par expansion thermique d'une monophase liquide emprisonnée entre deux organes d'isolement fermés ;
-
dimensionnement des soupapes dans ces deux cas, au travers d'exemples.
Il vise à donner des éléments de base pour permettre :
-
de transmettre des éléments de prérequis à un fournisseur de soupapes, qui devra justifier que les caractéristiques de son offre permettent l'évacuation d'un débit au moins égal à celui calculé ;
-
de passer commande.
Il faut néanmoins garder à l'esprit qu'un dimensionnement satisfaisant d'un dispositif de sécurité passe par l'implication de tous les acteurs concernés, exploitant, fabricant de l'équipement sous pression (chaudronnier ou tuyauteur), engineering, fournisseur de soupapes.
Enfin, il donne quelques recommandations sur les pièges à éviter dans le dimensionnement.
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MOTS-CLÉS
Gaz liquéfiés sous pression Soupapes de sûreté Sites industriels ICPE Equipements sous pression Dimensionnement des soupapes GPL
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Exemples d'erreurs à ne pas commettre dans le dimensionnement des soupapes
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4. Dimensionnement des soupapes de sûreté
4.1 Soupapes de sécurité incendie
4.1.1 Démarche de dimensionnement des soupapes de sécurité incendie
La démarche de dimensionnement est la suivante.
Étape 1 : détermination du débit de vapeur GPL chaud à évacuer en fonctionnement nominal (toutes les soupapes fonctionnent correctement) et en fonctionnement dégradé (une soupape reste bloquée), en étudiant successivement :
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la valeur retenue de la quantité de chaleur apportée au réservoir lors d'un incendie ;
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le débit massique de GPL liquide vaporisé par cette quantité de chaleur ;
-
le type de débit de décharge (critique ou subcritique) ;
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le coefficient d'abattement (et de contre-pression éventuelle) liés aux éléments pouvant interférer sur le flux de décharge ;
-
le dispositif amont d'isolement des soupapes (robinet de jumelage, cornes de jumelage avec vannes, collecteurs avec dispositifs internes d'isolement).
Étape 2 : détermination des débits théoriques correspondants en air (les tables de fabricants de soupapes donnant des valeurs de débit gazeux en air, et de débit liquide en eau).
Étape 3 : caractérisation (section de passage) théorique des soupapes nécessaires.
Cette étape est complétée par la vérification de l'adéquation de la section de passage de la tubulure sur laquelle sont montées les soupapes.
Étape 4 : sélection de soupapes de section immédiatement supérieure au minimum requis, dans le catalogue du fournisseur.
Cette démarche sera illustrée par le traitement d'un exemple : un réservoir cylindrique aérien de stockage de propane (figure 6).
4.1.2 Étape 1. Détermination du débit de GPL chaud à évacuer
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Dimensionnement des soupapes de sûreté
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Textes législatifs (site de l'administration française) http://www.legifrance.gouv.fr
INERIS. Base de données réglementaires AIDA http://www.ineris.fr/aida
SNCT (Syndicat national de la chaudronnerie et de la tuyauterie) http://www.snct.org
CFBP (Comité français du butane et du propane) http://www.cfbp.fr
UFIP (Union française des industries pétrolières) http://www.ufip.fr
UIC (Union française des industries chimiques) http://www.uic.fr
AFNOR (normes et fiches CLAP) http://www.afnor.fr
HAUT DE PAGE
NF EN ISO 4126-1 à 7, Dispositifs de sécurité pour protection contre les pressions excessives
NF EN ISO 23251, Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel. Systèmes de dépressurisation et de protection contre les surpressions
NF EN 14129, Soupapes...
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Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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