Application du interrupteur de niveau à ultrasons ELL dans le système SIS de la zone des réservoirs sphériques

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Résumé : Sur la base des propriétés physiques des hydrocarbures liquides ainsi que du principe de fonctionnement et du type de sortie du détecteur de niveau ultrasonique ELL, les caractéristiques d’utilisation pratique de ce dernier ont été analysées. Pour les réservoirs de hydrocarbures liquéfiés dangereux, en fonction du niveau SIL et des conditions opérationnelles spécifiques sur site, les paramètres de contrôle du système SIS des réservoirs d’hydrocarbures liquides ont été déterminés par analyse. Un système de sécurité intégrant des interrupteurs de niveau ultrasonores ELL a été conçu, et un schéma de contrôle en interblocage à trois sur deux a été adopté. L’interrupteur de niveau à ultrasons ELL répond aux exigences en termes de fiabilité lors du fonctionnement en production, est simple et pratique à entretenir, et assure ainsi la sécurité de la production dans les zones de stockage de hydrocarbures liquéfiés. Mots-clés : interrupteur de niveau à ultrasons ELL, hydrocarbures liquéfiés, transmission à distance des pannes d’interrupteur, système de instrumentation de sécurité. Les hydrocarbures liquéfiés appartiennent aux médias présentant un risque d’incendie et d’explosion de catégorie A et A1, et présentent un risque élevé d’incendie et d’explosion. Conformément aux exigences des « Directives techniques pour les réservoirs de produits pétroliers légers de China National Petroleum & Natural Gas Corporation », les réservoirs doivent être équipés de dispositifs d’alarme pour la détection du niveau de liquide, de la température, ainsi que pour les niveaux élevés, très élevés, bas et très bas. L’article 13 des « Règlements provisoires sur la supervision et la gestion des sources de danger majeures liées aux produits chimiques dangereux » (Décret n° 40 du Ministère de la Sécurité industrielle) stipule que les sources de danger majeur de niveau 1 ou 2 impliquant des gaz toxiques, des gaz liquéfiés ou des liquides hautement toxiques doivent être équipées d’un système de contrôle de sécurité indépendant (SIS). Dans le cadre de ce projet de traitement des risques dans la zone de stockage des hydrocarbures liquéfiés du département de raffinage de Sinopec Tianjin, un système de instrumentation de sécurité a été ajouté. Chaque réservoir du système est équipé d’un interrupteur de niveau à ultrasons, ce qui permet une configuration en boucle de sécurité à trois voies sur deux avec les interrupteurs de niveau à sonde et les capteurs de niveau radar pour l’activation des vannes de coupure d’urgence. Afin de garantir les besoins normaux de production des différentes unités de fabrication de l’entreprise, en tenant compte des exigences de la zone des réservoirs et de leur utilisation dans le système SIS, les nouveaux interrupteurs de niveau doivent répondre aux exigences suivantes : a. Zone des réservoirs anti-explosion, installation sans travail en flamme ； b. Le réservoir est rempli, installation sans ouverture ； C. Pas de nécessité de vidanger le réservoir, économie de temps et de coûts, installation simple, instruments résistants aux explosions pour zone 1 ； d. L’appareil dispose de fonctions d’autodiagnostic intelligent et d’envoi à distance des défaillances ； e. Les mesures doivent être précises et stables. Actuellement, les interrupteurs de niveau le plus couramment utilisés dans les environnements industriels sont les interrupteurs de niveau à boule flottante, les interrupteurs de niveau à boule flottante câblée, les interrupteurs de niveau capacitifs ainsi que les interrupteurs de niveau par ultrasons ELL. Une analyse comparative des principes et des caractéristiques des différents types de commutateurs a été effectuée ; compte tenu des conditions sur site pour ce projet, il a finalement été décidé de choisir le commutateur de niveau à ultrasons ELL. 1 Principe de fonctionnement et applications du capteur de niveau ultrasonore ELL 1.1 Principe de fonctionnement Le capteur de niveau ultrasonore ELL est équipé d’une sonde capable de générer des impulsions ultrasonores à fréquence variable. Ces impulsions se propagent sur une certaine distance à l’intérieur du réservoir (0,8 à 1,5 m), se réfractent contre les parois, tout en pénétrant dans le liquide ou le gaz présent dans le récipient. Comme la transmittance des ultrasons diffère dans les liquides et les gaz, c’est-à-dire que les pertes d’énergie lors de leur propagation sont différentes, l’énergie résiduelle au point de mesure varie en fonction de la présence ou non de liquide. L’interrupteur de niveau ultrasonique ELL mesure et analyse cette énergie résiduelle afin de déterminer s’il y a du liquide dans le réservoir au point de mesure. Il émet ensuite un signal numérique via son propre relais, qui est envoyé au système SIS, permettant ainsi au système de contrôler de manière interlockée le niveau du liquide. La propagation et la réfraction des ondes ultrasonores à l’intérieur de la paroi du réservoir ne sont pas affectées par les bulles de matière, la pression ou d’autres facteurs. L’interrupteur de niveau ultrasonique ELL dispose d’une technologie de conversion de fréquence brevetée, ce qui permet à l’interrupteur de ne pas être affecté par les variations de température, les conditions météorologiques de pluie ou de neige, ni par l’adhérence du milieu sur les parois. L’interrupteur dispose d’une fonction de vérification automatique intelligente ; en cas de panne, le signal d’erreur peut être transmis à distance jusqu’à la salle de contrôle. En examinant l’écran de l’interrupteur, on peut déterminer le type de panne et entreprendre les réparations nécessaires. 1.2 Instructions d’installation : L’installation du capteur de niveau ultrasonique ELL en position haute sur le réservoir sphérique est illustrée à la figure 1. La paroi du réservoir est en Q345R ; la sonde est fixée à l’extérieur de la paroi du réservoir par attraction magnétique. La position d’installation choisie doit répondre aux conditions suivantes : a. Les deux sondes de niveau (sonde émettrice et sonde réceptrice) utilisées pour un point de mesure doivent être installées au même niveau ； b. La distance entre la sonde émettrice et la sonde réceptrice est de 0,8 à 1,5 m ； Figure 1 : Schéma d’installation. Un tuyau vertical en acier au carbone de 2″ (50 mm) est fixé à proximité du réservoir sur site à l’aide de boulons d’expansion, d’une hauteur de 1,0 à 1,5 m. Le transmetteur est fixé sur la tuyauterie verticale à l’aide d’un support en tôle courbée et d’une clé en U. La connexion des tuyauteries est indiquée à la figure 2. Figure 2 : Connexion des tuyauteries 2 – Zone des réservoirs, système SIS. Le système SIS fournit des alertes et des interlocks au système de contrôle de la production de l’usine, devenant progressivement un élément essentiel du contrôle automatique des usines. Le système SIS de la zone de réservoirs met en place des alertes sonores et visuelles ainsi qu’un contrôle d’interblocage automatique pour les paramètres tels que la pression, la température, le niveau de liquide et le débit des réservoirs. Après l’identification et le calcul des médiums présents dans la zone des réservoirs, il a été déterminé que les réservoirs de hydrocarbures liquéfiés constituent une source de danger majeur de niveau 2. En même temps, une analyse de danger et d’opérabilité (HAZOP) requise par les services concernés a été menée, permettant de déterminer que le niveau de risque de sécurité des réservoirs de hydrocarbures liquéfiés est de classe SIL2. Afin d’améliorer davantage la sécurité intrinsèque de la zone des réservoirs, d’assurer une production sûre et de prévenir les accidents, un système SIS a été mis en place. En cas d’accident dans les réservoirs, ce système peut agir instantanément et avec précision, en effectuant une commande d’arrêt d’urgence afin d’interrompre en toute sécurité le processus de production, ou en mettant automatiquement en œuvre un état de sécurité prédéfini. 2.1 Paramètres principaux de contrôle Dans le contrôle des réservoirs, le niveau du liquide contenu dans le réservoir est l’un des paramètres de contrôle principaux. Le niveau de liquide dans les réservoirs de hydrocarbures liquéfiés varie constamment en raison des entrées et sorties, ce qui peut entraîner un risque d’épuisement du matériau ou de fuite à partir du réservoir. Par conséquent, le paramètre de contrôle clé du système SIS est le niveau du réservoir. Les éléments de détection des instruments ainsi que les points de prélèvement sont disposés de manière indépendante. Trois types de capteurs de niveau – interrupteurs ultrasoniques à mesure externe, interrupteurs à diapason et sonde radar – forment une liaison à trois choix deux, dont les signaux sont envoyés au système SIS pour comparaison. Dès que deux d’entre eux atteignent la valeur réglée, le système envoie un signal pour déclencher une interconnexion en cas d’urgence. 2.2 Conception du système SIS Le système SIS comprend des instruments de terrain et des actionneurs, conçus selon le principe de la sécurité en cas de panne ； Il peut communiquer avec le DCS, mais le système DCS est relativement indépendant du système SIS. Dans le système SIS, l’utilisation de détecteurs de niveau sans contact basés sur des capteurs ultrasonores ELL réduit le nombre d’ouvertures sur les réservoirs ainsi que les travaux nécessitant l’utilisation d’étincelles, ce qui diminue les risques de fuites de matières dangereuses et de départs d’incendie ou d’explosions liés à ces sources de danger majeures. L’appareil dispose d’une auto-vérification intelligente et d’alertes en cas de panne, ce qui réduit l’intensité des travaux de maintenance et de réparation. Il offre une grande stabilité, un fonctionnement fiable, ainsi qu’une amélioration des performances en matière de sécurité. 3 Conclusion Depuis sa conception, sa construction et son mise en service, le système SIS de la zone des réservoirs de hydrocarbures liquéfiés au sein du département de raffinage de la filiale Sinopec de Tianjin fonctionne de manière stable et fiable. Les inspections quotidiennes ainsi que les opérations d’entretien s’avèrent faciles. Par ailleurs, l’entreprise a mis en œuvre diverses mesures de sécurité et de fiabilité, en fonction de ses conditions propres, afin de garantir le bon fonctionnement du système. Cela a permis d’assurer de manière sûre et fiable la production sans danger des hydrocarbures liquéfiés dans les réservoirs de l’entreprise, ainsi que la sécurité environnementale et une production continue, stable et sécurisée sur le long terme des installations de production