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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 ;
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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 ;
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principaux facteurs pouvant générer une augmentation de la pression interne des réservoirs de stockage et des tuyauteries sur ces sites ;
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éléments de l'installation des soupapes ayant une influence sur leur dimensionnement ;
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types de surpression, par vaporisation de la phase liquide, ou par expansion thermique d'une monophase liquide emprisonnée entre deux organes d'isolement fermés ;
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dimensionnement des soupapes dans ces deux cas, au travers d'exemples.
Il vise à donner des éléments de base pour permettre :
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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 ;
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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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Installation des soupapes et tolérances de fonctionnement
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2. Principales causes de surpression
Dans une unité industrielle, les causes et les amplitudes de surpression peuvent être diverses et complexes à analyser. Lors de la conception ou la modification de ces unités, il convient de tenir compte de toutes les circonstances qui constituent raisonnablement un danger, et d'assurer la mise en place de dispositifs de maîtrise du non-dépassement de paramètres de fonctionnement admissibles, dont des équipements de décharge de pression. La norme NF EN ISO 23251 donne des éléments d'analyse pertinents sur ce sujet.
Sur les dépôts GPL, les causes principales généralement retenues sont les suivantes :
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pour les réservoirs de stockage, un échauffement anormal dû à un flux thermique (incendie…) dont l'apport calorifique augmente la pression par vaporisation de la phase liquide. Cette situation était prise en compte par l'arrêté du 11 novembre 1972 (avec utilisation de formules de calcul issues de l'API RP 520). Une autre situation rencontrée, mais dans une moindre mesure, peut être l'introduction d'un GPL gazeux chaud augmentant la pression du ciel gazeux ;
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pour les tuyauteries contenant du GPL sous forme liquide, et isolées entre vannes fermées, un apport thermique par augmentation de la température ambiante provoque une dilatation volumique du liquide et une montée en pression. Ce phénomène ne concerne pas les récipients de stockage dans lesquels la présence d'une phase gazeuse (ciel gazeux) est obligatoire. Dans ce cas, l'augmentation volumique du liquide se traduit par une compression du volume gazeux ;
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un sur-remplissage liquide de réservoirs par défaillances cumulées des organes de régulation et d'alarmes de niveaux haut et très haut. Pour les stockages de GPL soumis à autorisation, l'article 2 de l'arrêté du 2 janvier 2008 impose des dispositifs permettant de se prévenir contre ce risque. Dans ce cadre, le dimensionnement des soupapes de sûreté des stockages n'a pas à prendre en compte une situation de débit de GPL liquide.
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Principales causes de surpression
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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1/ Quiz d'entraînement
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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