Calculs relevant de la sécurité

Nous réalisons des calculs pour la conception des composants de l’installation relevant de la sécurité, si nécessaire également sur la base des caractéristiques liées à la sécurité que nous aurons le cas échéant déterminées dans notre propre laboratoire.

Par ailleurs, nous réalisons aussi des calculs de dispersion qui permettent d‘évaluer les conséquences d’une fuite de substances. Ces calculs font partie intégrante des documents d’autorisation que les exploitants d’installation sont tenus de soumettre aux autorités compétentes.

Pour traiter les questions relevant de la sécurité, consilab met à disposition une équipe d’experts avérés, dotés de nombreuses années d’expérience, ainsi qu’une gamme de programmes de simulation de haute qualité, tels que Flowmaster® et ChemCAD®.

PROTECTION DES ÉQUIPEMENTS SOUS PRESSION

Pour ce qui est de la protection des réservoirs sous pression, les spécialistes de consilab apportent leur assistance par le biais d’une analyse minutieuse des causes potentielles d’une montée en pression. Le débit massique qu’il faut évacuer du composant de l’installation en cas de dysfonctionnement, dépend alors essentiellement des scénarios qui ont pu être identifiés. Pour le calcul du débit massique susceptible d’être évacué, il faut le cas échéant prendre en compte des écoulements diphasiques. Dans des cas plus complexes, comme la protection de réacteurs, il peut s’avérer nécessaire de réaliser le dimensionnement sur la base de calculs par simulation dynamique. Dans le détail, les éléments ci-après sont traités au sein de consilab :

• Analyse des scénarios de montée en pression  → voir plus
• Dimensionnement des dispositifs de limitation de pression (soupapes de sûreté  /  disques de rupture / purges – (également pour le débit diphasique)
• Vérification par calcul des conduites d’alimentation et des tuyauteries d’écoulement (également pour les écoulements diphasiques) → voir plus
• Dimensionnement des systèmes de retenue → voir plus
• Enregistrement / saisie des dispositifs de limitation de pression et de retenue dans l‘entreprise

SÉCURISATION DES RÉACTEURS CHIMIQUES

En règle générale, la réaction de consigne en fonctionnement normal est parfaitement identifiée. En cas de dysfonctionnement déviant du fonctionnement normal, la situation dans un réacteur peut cependant se modifier si rapidement qu’il se produit des réactions indésirables et souvent inconnues, qui selon le cas sont susceptibles de provoquer une montée en pression imprévue et rapide dépassant la pression de service maximale admissible du réacteur.

Tout défaut potentiel, dont l’éradication ne peut pas être exclue en fonctionnement normal par le biais de mesures organisationnelles suffisantes ou par l’application des mesures de sécurité du contrôle du processus industriel, devrait faire l’objet d’un examen approfondi dans le cadre d’un essai adiabatique en laboratoire quant à la possible vitesse d’élévation de la température et de la montée en pression. Il convient de ne pas non seulement explorer une voie d’évacuation obstruée, une éventuelle défaillance du refroidissement ou un défaut de régulation du chauffage, mais aussi le cas échéant de pousser l’analyse à un dosage erroné, une accumulation, une possible interversion des substances utilisées, etc. En règle générale, on procède pour ce faire à des essais dans un calorimètre réactionnel adiabatique, par ex. le VSP2. Quant aux essais à effectuer et de la méthode à mettre en œuvre dans le but d’obtenir une base de données optimale pour la sécurisation de l’installation, vous les identifierez en coopération avec nos spécialistes expérimentés.

Sur la base de l’évolution de la pression pendant la réaction et sur la base de la courbe de refroidissement, il est possible de déduire dans le contexte de la réaction examinée s’il s’agit d’un système réactionnel de production de gaz (système gassy), d’un système de pression de vapeur (vapored system, ou d’un système refroidi par évaporation) voire un mélange des deux, à savoir d’un système hybride.

Les résultats des essais permettent en outre de déterminer les températures et les pressions maximales, ainsi que les gradients thermiques (vitesse d’élévation de la température) et les gradients de pression (vitesse de montée en pression) qui sont nécessaires au bon dimensionnement d’une soupape de sûreté ou d’un disque de rupture.

Sur la base des charges en exploitation, des données relatives aux réservoirs et des examens adiabatiques en laboratoire, il n’est pas seulement possible de calculer les sections de décharge nécessaires mais aussi de déterminer la probabilité d’un écoulement diphasique.

Le dimensionnement proprement dit s’effectue normalement au moyen de la méthode DIERS selon Leung, voire de l’ISO 4126-partie 10. Le comportement d’emballement (homogène, churn-turbulent, bubbly) du mélange réactionnel dans le réservoir est fonction de la viscosité, du niveau de remplissage et du caractère moussant de ce mélange. La densité du débit massique dans la soupape de sûreté ou le disque de rupture dépend fortement de la forme du flux. On ne fait pas uniquement la différence entre le seul écoulement gazeux, le seul écoulement de liquide et l’écoulement diphasique. Le calcul sur la base de l’écoulement diphasique peut s’effectuer selon HEM (modèle de mélange homogène équilibré) ou HNE-DS (modèle de mélange homogène déséquilibré selon Diener et Schmidt).

ÉVALUATION DES EFFETS DES DYSFONCTIONNEMENTS

Les incidences des dysfonctionnements doivent être décrites sous forme de rapports de sécurité pour les installations qui relèvent des obligations élargies du règlement sur les accidents majeurs. De même, dans le cadre du Land-Use-Planning, il convient d’effectuer des études sur les répercussions, qui seront utilisées dans leur rapport d’expertise par nos experts, qui sont nommés en vertu du § 29 de la loi fédérale sur la protection contre les émissions « BlmSchG ». consilab propose :

• Calcul du terme source (flux massique de rejets venant de fuites, flaques, etc.)
• Calcul de dispersion pour gaz neutres et gaz lourds (VDI 3783, AUSTAL2000)
• Calcul du jet libre (nuage explosible, rayonnement thermique, pressions dues à l’explosion)
• Évaluation des répercussions des incendies et des explosions

CALCULS RELATIFS AUX ÉCOULEMENTS

Nos experts réalisent des calculs stationnaires et dynamiques relatifs aux écoulements dans les tuyauteries. En plus des recherches d’optimisation, ce sont ici les problèmes de sécurité technique qui sont plus spécialement visés. Les phénomènes de coups de bélier lors de la fermeture des vannes d’arrêt, voire les réactions de détente rapides, exigent une analyse minutieuse à l’aide de programmes de simulation dynamique.

consilab propose notamment les prestations suivantes :

• Dimensionnement des obturateurs et des tronçons d‘étranglement → voir plus
• Calculs de perte de pression (également pour l‘écoulement diphasique)
• Analyse des risques de coups de bélier (par ex. lors de la fermeture rapide de soupapes)
• Optimisation des réseaux de canalisation
• Sécurisation des cuves de stockage
• Calcul des contraintes des canalisations qui sont induites par les écoulements (forces de réaction)
• Dimensionnement des évacuations de gaz et des dispositifs de détente