Bibliographie & annexes
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NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN ISO 4126-3 de mai 2006 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 4126-3 (E29-417-3) : Dispositifs de sécurité pour protection contre les pressions excessives - Partie 3 : soupapes de sûreté et dispositifs de sûreté à disque de rupture en combinaison (Révision octobre 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2009 (Novembre 2020).
RÉSUMÉ
Cet article présente la sécurité pour tout système cryogénique, en phase d'exploitation et en cas de surpression accidentelle sollicitant l'organe de sécurité. La surpression est consécutive aux fortes entrées de chaleur intervenant sur un réservoir ou un circuit de fluide cryogénique pendant une rupture de vide d'isolement ou lors d'une fuite de fluide cryogénique dans l'enceinte à vide. Une méthode de dimensionnement de l'organe de sécurité (disque de rupture, soupape, clapet) est présentée.Des recommandations sont également données.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Éric ERCOLANI : Ingénieur, responsable du Laboratoire calculs et conception cryogéniques - Service des basses températures, Institut nanosciences et cryogénie, CEA Grenoble
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Philippe GULLY : Ingénieur-chercheur - Service des basses températures, Institut nanosciences et cryogénie, CEA Grenoble
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Jean-Marc PONCET : Ingénieur, adjoint au chef du Service des basses températures - Service des basses températures, Institut nanosciences et cryogénie, CEA Grenoble
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Chantal MEURIS : Ingénieur-chercheur - Service des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme, Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers, CEA Saclay
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Laurent MIQUET : Ingénieur sécurité - Institut nanosciences et cryogénie, CEA Grenoble
INTRODUCTION
Les dangers de la cryogénie sont principalement issus de la présence de fluides à l'état liquide et à basse température dans des réservoirs ou des tuyauteries. Ces systèmes contiennent une quantité de fluide qui, réchauffée à température ambiante, occupe un volume très supérieur. À titre d'exemple un seul litre d'hélium liquide occupe environ 780 L à 300 K et pression atmosphérique.
Ces dangers, tels que l'anoxie, l'explosion et les brûlures, existent en exploitation dans différentes situations (stockage et manipulation de fluides cryogéniques). Les situations accidentelles qui conduisent à des entrées de chaleur accidentelles provoquent une montée en pression souvent très rapide des appareils constituant le système. Ces systèmes doivent être équipés d'un organe de sécurité (soupape, clapet ou disque de rupture) afin de limiter la surpression. En l'absence d'organes de sécurité, l'appareil sous pression peut atteindre des niveaux de pression considérables de plusieurs centaines de bars (par exemple 480 bar pour un réservoir d'hélium ou d'azote à moitié rempli de liquide), avec les conséquences d'explosion que l'on peut imaginer.
Il est donc absolument indispensable de prendre en compte la sécurité dès la conception de tout système cryogénique. Cet article présente les éléments de sécurité dans les phases d'exploitation, mais aussi en situations accidentelles pour tout système cryogénique mettant en œuvre un fluide à basse température.
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Sécurité conventionnelle en cryogénie et en exploitation
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4. Conclusion
Cet article fournit au lecteur les moyens de mettre en œuvre la sécurité de tout système cryogénique dans sa phase d'exploitation, et aussi dans toute situation conduisant à une surpression accidentelle des appareils sous pression constituant le système. Des valeurs de flux de chaleur issues de la littérature permettent dans ce cas d'estimer les entrées de chaleur pour les principaux fluides cryogéniques. Une méthode de dimensionnement de l'organe de sécurité incluant le cas important d'un fluide diphasique est présentée. Cette méthode s'appuie sur des recommandations de conception importantes, listées en fin d'article. Elles guident le concepteur dans[nbsp ]les choix de conception relatifs à la sécurité et optimisent le[nbsp ]dimensionnement des organes de sécurité associés. Enfin, des recommandations d'exploitation sont également mentionnées pour une utilisation en sécurité de tout dispositif cryogénique.
L'ensemble des auteurs tient à remercier
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Philippe Lebrun (Cern, Genève) pour ses remarques pertinentes sur l'ensemble du document ;
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Christian Gianèse (Institut Néel, CNRS, Grenoble) pour son aide à la relecture de ce document (§ 1) ;
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Denis Chatain (Institut nanosciences et cryogénie, Grenoble) pour la fourniture de la publication de G. F. Xie et al. .
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LEHMANN (W.) - Sicherheitstechnische Aspekte bei Auslegung und Betrieb von LHe-badgekuhlten, Supraleiter-Magnetkryostaten. - KFK, TIP .
-
(2) - LEHMANN (W.), ZAHN (G.) - Safety aspects for LHe cryostats. - Proc. ICEC7, IPC Science and Technology, p. 569-679 (1978).
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(4) - ASTRUC (J.M.), PERROUND (P.), LACAZE (A.), WEIL (L.) - Pool boiling heat transfer in liquid neon. - Advances in Cryogenic Engineering, vol. 12, Plenum Press, New York, p. 387-394 (1967).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
HEPAK https://htess.com/hepak/
GASPAK https://www.researchgate.net/figure/Fluids-available-in-GASPAK_tbl2_281067905
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Directive européenne DESP/97/23/CE.
Directive Machines 89/392/CEE et 91/368/CEE.
Directive européenne 2008/68/CE. Prévention des risques, transports de marchandises dangereuses par route, par chemin de fer et par voie navigable.
Arrêté du 21 septembre 1978 du Journal officiel de la République française relatif aux récipients à double paroi utilisés pour l'emmagasinage des gaz liquéfiés à basse température. Version consolidée au 20 janvier 1998.
Sizing, selection, and installation of pressure-relieving devices in reneries, Part I : Sizing and selection. American Petroleum Institute Recommended Practice 520, 8th edition, déc. 2008.
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NF EN 13458, Récipients fixes isolés sous vide
NF EN 1251, Récipients transportables isolés sous vide
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